第一篇:溫差發(fā)電片應(yīng)力分析及一種改進(jìn)措施詳解
中國工程熱物理學(xué)會
傳熱傳質(zhì)學(xué) 學(xué)術(shù)會議論文
編號:113167
溫差發(fā)電片應(yīng)力分析及一種改進(jìn)措施
王銀濤
1楊華峰1
劉偉1
范愛武1
楊金國1
李鵬2
(1 華中科技大學(xué)能源與動力工程學(xué)院,武漢 430074 2 武漢理工大學(xué)材料復(fù)合新技術(shù)國家重點實驗室,武漢 430070)
(Tel:027-87542618 E-mail:w_liu@hust.edu.cn)
摘要:本文利用有限元分析軟件ANSYS建立了溫差電偶和整體溫差發(fā)電片結(jié)構(gòu)的模型,計算得到了溫差電偶和整體結(jié)構(gòu)在熱負(fù)荷下的應(yīng)力分布特點,并對針對其應(yīng)力集中地部位進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計,減小了應(yīng)力集中的程度,有助于提高溫差發(fā)電片的可靠性和使用壽命。關(guān)鍵詞:半導(dǎo)體;溫差發(fā)電;熱應(yīng)力;可靠性。
0 前言
溫差發(fā)電器是利用塞貝克效應(yīng),將熱能直接轉(zhuǎn)換成電能的一種發(fā)電器件。溫差發(fā)電器是一種靜態(tài)的固體器件,沒有轉(zhuǎn)動部件,它體積小、壽命長,工作時無噪聲,而且無須維護(hù)。因此在航天和軍事領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用背景[1]。隨著石化能源的枯竭,美國、日本、歐盟等發(fā)達(dá)國家更加重視溫差發(fā)電技術(shù)在民用領(lǐng)域的研究,利用太陽能、地?zé)崮?、工業(yè)余熱廢熱等低品位能源轉(zhuǎn)化成電能。國內(nèi)也有針對太陽能和汽車尾氣余熱進(jìn)行發(fā)電的研究,取得了很大的進(jìn)展。
溫差電組件要達(dá)到較高的發(fā)電效率,通常要求發(fā)電組件冷熱端之間形成較大溫差,這將造成冷端連接片收縮或熱端連接片膨脹,從而產(chǎn)生機械應(yīng)力。機械應(yīng)力的存在使得剛性的接頭或P、N電臂很容易斷裂,最終可能導(dǎo)致溫差電偶的損壞,降低了整個發(fā)電器件的可靠性,縮短了溫差電組件的使用壽命[2]。因為熱而導(dǎo)致材料的形變和熱膨脹失配,進(jìn)而產(chǎn)生的熱力耦合可靠性問題居各種可靠性問題之首。文獻(xiàn)[3-6]對溫差電偶以及溫差發(fā)電片的熱應(yīng)力進(jìn)行了研究分析。本文對常見的溫差發(fā)電片運用ANSYS軟件進(jìn)行了數(shù)值計算,對其中的應(yīng)力分布進(jìn)行了討論,并針對應(yīng)力集中地地方進(jìn)行了優(yōu)化,得出的結(jié)論對溫差發(fā)電片的優(yōu)化設(shè)計有重要的指導(dǎo)意義。
1數(shù)學(xué)物理模型
1.1溫差發(fā)電原理
溫差發(fā)電的理論基礎(chǔ)是固體的熱電效應(yīng),在無外磁場存在時,它包括五個效應(yīng),導(dǎo)熱、焦耳熱損失、塞貝克(Seebeck)效應(yīng)、帕爾帖(Peltire)效應(yīng)和湯姆遜(Thomson)效應(yīng)。最簡單的熱電單元為溫差電偶,如圖1所示。將一個P型溫差電元件和一個N型溫差電元件在熱端用金屬導(dǎo)體電極連接起來,在其冷端分別用電極連接,就構(gòu)成一個溫差電偶,也稱溫差電單偶。在溫差電偶開路端接入電阻負(fù)載,如果溫差電偶的熱面流入熱流,在溫差電偶熱端和冷端之間建立了溫差,則將會有電流流經(jīng)電路,從而得到了熱能直接轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電器。
圖1溫差發(fā)電基本原理
若熱端溫度為Th,冷端溫度為Tc,內(nèi)阻為R,外界負(fù)載為RL,溫差電系數(shù)為溫差電偶產(chǎn)生的溫差電系數(shù)為?NP??N??P,其中?N、?P分別為N極電偶和P極電偶的塞貝克系數(shù),則溫差電偶產(chǎn)生的溫差電勢為:
U??NP(Th?Tc)
(1)
產(chǎn)生的電流為:
I?輸出功率為:
?(Th?Tc)U
(2)?NPR?RLR?RLP?IRL?1.2 ANSYS建模
2?NP2(Th?Tc)2(R?RL)2RL
(3)
本文對目前應(yīng)用最為廣泛的三明治式溫差發(fā)電片,分別針對其內(nèi)部溫差電偶和整體溫差發(fā)電片,在一定的簡化條件下建立了模型,用ANSYS軟件進(jìn)行了熱—電—結(jié)構(gòu)綜合計算,并主要針對熱應(yīng)力進(jìn)行分析和討論。溫差電偶由連接銅片、焊料層、鎳層和P型、N型材料組成,如圖2所示。整體熱電片由32對溫差電偶在陶瓷基板上串聯(lián)組成,不考慮內(nèi)部溫差電偶之間的填充物,如圖3所示。對所有材料,均假設(shè)為各向同性,不考慮材料參數(shù)隨溫度變化的影響,取常溫下材料參數(shù),見表1。
表1 材料物性
材料/單位 陶瓷 銅連接片 鎳 焊料 P型材料 N型材料
楊氏模量 Gpa 310 117 201 83 41.8 41.8
泊松比
0.21 0.3 0.3 0.31 0.3 0.3
熱膨脹系數(shù) 10-6 m/K 7.2 17.1 13.7 12 14.4 14.4
熱導(dǎo)率 w/(m·K)17 390 90.5 30 3 3
電阻率 Ohm·m NA 1.7×10-8 6.84×10-6 1.64×10-8 1×10-5 1×10-5
Seeback數(shù) V/K
NA NA NA NA-0.00021 0.00021
圖2 溫差電偶模型
圖3 溫差發(fā)電片模型
2數(shù)值計算結(jié)果及分析
2.1溫差電偶計算結(jié)果及分析
在溫差電偶中,P型和N型材料均為邊長為2mm的正方體,上面覆蓋的焊料層和鎳層厚度為75μm,銅連接片厚度為0.3mm。為對比P型和N型材料截面形狀對熱應(yīng)力的影響,計算了與正方形截面積相等圓柱形溫差電偶模型。兩者都在熱端溫度為327℃,冷端溫度為27℃,負(fù)載為1Ω時求解溫差電偶的熱應(yīng)力。
圖4所示為電偶中溫度分布。圖5所示為電偶中整體的Von mises(范米塞斯)等效應(yīng)力,在正方形截面電偶中,P型、N型材料以及焊料層和鎳層的四角出現(xiàn)了應(yīng)力集中,最大應(yīng)力發(fā)生在銅連接片和焊料層接觸面;在圓形截面電偶中,應(yīng)力分布較為均勻。圖7為將銅連接片移除后觀察焊料層最大應(yīng)力出現(xiàn)層面的應(yīng)力分布,對于外側(cè)(將P型、N型材料相對的面稱為內(nèi)側(cè)),在焊料層P型、N型材料相對的內(nèi)側(cè)應(yīng)力更為集中,且更大;正方形截面的電偶有相連成應(yīng)力帶的趨勢,圓形截面電偶的內(nèi)側(cè)已經(jīng)形成了一條應(yīng)力帶,且在方形截面和圓形截面下。分析其原因為,相對于其他接觸層,銅連接片和焊料的熱膨脹系數(shù)之差最大,且熱端溫度較高,所以在熱端焊料層出現(xiàn)了最大應(yīng)力;相對于焊料層外側(cè)邊緣,由于內(nèi)側(cè)邊緣受到上面銅連接片熱膨脹更多的影響,因而比外側(cè)邊緣的應(yīng)力更為集中。在實際應(yīng)用中,無論是溫差發(fā)電片還是溫差制冷片,發(fā)生較多的失效形式就是焊料與銅連接片(導(dǎo)電片)的脫離,這一現(xiàn)象與計算結(jié)果是一致的。計算結(jié)果中,兩種截面形狀的溫差電偶的輸出功率基本相同。其最大應(yīng)力值也基本相同,都在0.24GPa左右,這一計算值雖然遠(yuǎn)大于銅和焊料的屈服極強度,文獻(xiàn)[4]指出,在實際中,焊料的塑性變形可以減小銅連接片和焊料之間的熱應(yīng)力。
在輸出功率上,兩種截面形狀的電偶在1Ω負(fù)載下,輸出功率均為0.152W。因此,從模擬的結(jié)果看,溫差電偶的截面形狀,對電偶的熱應(yīng)力分布有較大影響,對最大應(yīng)力值和輸出功率影響較小。
圖4 溫差電偶溫度分布
圖5 溫差電偶Von mises等效應(yīng)力
圖6 溫差電偶Von mises等效應(yīng)力局部放大圖
圖7 焊料層表面應(yīng)力分布
2.2溫差發(fā)電片整體計算結(jié)果及分析
用以上溫差電偶為單元,建立了由32對電偶串聯(lián)組成的25mm×25mm規(guī)格的溫差發(fā)電片模型。在熱端溫度為327℃,冷端溫度為27℃,負(fù)載為1Ω時求解溫差發(fā)電片的熱應(yīng)力。圖8所示為溫差發(fā)電片中溫度場分布。圖9所示為溫差發(fā)電片中整體的Von mises(范米塞斯)等效應(yīng)力圖,在熱應(yīng)力的作用下,在陶瓷基板表面形成了不規(guī)則的應(yīng)力帶,且主要集中在有溫差電偶的部位。圖10和圖11為最大應(yīng)力面,即銅連接片上表面,應(yīng)力分布和局部放大,在有陶瓷基板作用的情況下,最大應(yīng)力出現(xiàn)在銅連接片的上表面,在銅連接片的四角出現(xiàn)了應(yīng)力集中。銅連接片上表面的最大應(yīng)力值達(dá)到了1.55GPa,而溫差電偶單元內(nèi)部,銅連接片和焊料層上的應(yīng)力受到銅連接片上表面應(yīng)力的影響,較之前有一定程度的增加。
圖8 溫度場分布
圖9 應(yīng)力場分布
圖10 銅連接片上表面應(yīng)力分布
圖11 銅連接片上表面應(yīng)力分布局部放大 在整體溫差發(fā)電片中最大熱應(yīng)力出現(xiàn)在銅連接片上表面,且較 溫差電偶中的熱應(yīng)力更大,其原因為,在高溫端,陶瓷基板和銅連接片的熱膨脹系數(shù)相差最大。其熱應(yīng)力集中在銅連接片的四角,結(jié)合之前溫差電偶的應(yīng)力結(jié)果,可以得出一些結(jié)論:(1)最大熱應(yīng)力出現(xiàn)在熱端熱膨脹系數(shù)相差最大的面上;(2)在最大應(yīng)力出現(xiàn)的面上,小尺寸結(jié)構(gòu)受到大尺寸結(jié)構(gòu)外部覆蓋并延伸(如溫差電偶焊料層在內(nèi)側(cè)受到銅連接片延伸的影響)時,較沒有受到覆蓋外部延伸影響的部位應(yīng)力更大。針對銅連接片的改進(jìn)措施
熱應(yīng)力的存在和集中會極大的影響溫差發(fā)電片的可靠性和壽命,因此必須采取措施對應(yīng)力集中的地方進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。在實際生產(chǎn)中,多采用過渡層來減小熱膨脹系數(shù)不匹配造成的應(yīng)力集中。從數(shù)值計算的結(jié)果看,可能造成破壞的熱應(yīng)力主要集中在熱端的銅連接片上,而相對于其他材料和結(jié)構(gòu),銅連接片具有更好的加工性能,因此本文又針對銅連接片上的應(yīng)力分布特點,將原來長方形的銅連接片以相同的厚度替換為三種形式,進(jìn)行應(yīng)力分析計算,其截面形狀如圖12所示,厚度仍為0.3mm。
圖12 三種截面形狀的銅連接片
以以上結(jié)構(gòu)的銅連接片建立溫差發(fā)電片整體模型,進(jìn)行熱-電-結(jié)構(gòu)整體耦合計算。高溫端仍為327℃,低溫端仍為27℃。圖13-15所示分別為第1、2、3種銅連接片結(jié)構(gòu)下熱應(yīng)力計算結(jié)果,從左至右依次為整體熱應(yīng)力、熱端內(nèi)部熱應(yīng)力及熱端內(nèi)部熱應(yīng)力局部放大圖。
圖13 第1種銅連接片結(jié)構(gòu)下應(yīng)力分布
圖14第2種銅連接片結(jié)構(gòu)下應(yīng)力分布
圖15 第3種銅連接片結(jié)構(gòu)下應(yīng)力分布
將以上三種銅連接片及未改進(jìn)前的銅連接片結(jié)構(gòu)下的部分計算結(jié)果列于表2,從計算結(jié)果看,銅連接片形狀的變化對溫差發(fā)電片的輸出功率影響很小,但是改進(jìn)后的三種連接片結(jié)構(gòu)均使得最大熱應(yīng)力減小,其中第2種結(jié)構(gòu)最大熱應(yīng)力值最小。在改進(jìn)后的三種連接片結(jié)構(gòu)中,最大熱應(yīng)力仍然出現(xiàn)在陶瓷基板和銅連接片的接觸面上。由于改進(jìn)后的銅連接片外側(cè)為半圓形,使得焊料層外側(cè)拐角處的應(yīng)力集中現(xiàn)象得以改善。
表2 不同銅連接片結(jié)構(gòu)下計算結(jié)果
截面形狀 最大熱應(yīng)力GPa 輸出電壓(1Ω負(fù)載)V
2.69 2.65 2.67 2.66
輸出功率(1Ω負(fù)載)W
7.23 7.04 7.12 7.08 長方形連接片 1.55 連接片1 連接片2 連接片3 1.12 0.96 1.02 對比第1、2、3種連接片結(jié)構(gòu)下,熱端銅連接片附近的應(yīng)力分布,可以發(fā)現(xiàn),第1和第3種結(jié)構(gòu)下,雖然在連接片的上表面上熱應(yīng)力有很大的減小,但是在其中部和焊料層接觸的地方出現(xiàn)了應(yīng)力集中,而且熱應(yīng)力的大小比原來長方形結(jié)構(gòu)相同部位的應(yīng)力值更大;第2種結(jié)構(gòu)較長方形連接片最大熱應(yīng)力減小了38%,大大減小了銅連接片和陶瓷基板之間的熱應(yīng)力,同時外側(cè)的半圓形結(jié)構(gòu)也緩和了焊料層外側(cè)的應(yīng)力集中。因此,相比之下,第2種銅連接片能更好的降低溫差發(fā)電片的熱應(yīng)力,進(jìn)而提高其工作可靠性和壽命。結(jié) 論
本文重點對溫差發(fā)電片內(nèi)部溫差電偶和溫差發(fā)電片整體,在熱負(fù)荷下產(chǎn)生的熱應(yīng)力進(jìn)行了數(shù)值模擬,對不同溫差電偶截面形狀對熱應(yīng)力的影響進(jìn)行了數(shù)值模擬。對溫差電偶內(nèi)部的熱應(yīng)力進(jìn)行了分析;對整體溫差發(fā)電片的熱應(yīng)力分布特點進(jìn)行了分析。針對其應(yīng)力分布特點,設(shè)計了三種有代表性的結(jié)構(gòu)對銅連接片進(jìn)行優(yōu)化。以后優(yōu)化設(shè)計溫差電偶以及溫差發(fā)電片的整體結(jié)構(gòu),減小、均勻化熱應(yīng)力,提高其可靠性提供了參考依據(jù)。
從本文的模擬結(jié)果中可以看出,最大熱應(yīng)力出現(xiàn)在溫差發(fā)電片熱端熱膨脹系數(shù)差距最大的接觸面上,在常見的方形截面電偶上,容易在截面的四角形成應(yīng)力集中,在焊料層的內(nèi)側(cè)容易形成應(yīng)力帶,對器件形成更大的破壞。對銅連接片的改進(jìn)計算結(jié)果表明,將連接片外側(cè)設(shè)計為半圓形能很大程度的改善陶瓷基板和連接片之間的熱應(yīng)力;計算結(jié)果對于連接片中部的設(shè)計改善也有很大參考價值。參考文獻(xiàn)
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第二篇:溫差發(fā)電--一種新型綠色能源技術(shù)
溫差發(fā)電——一種新型綠色的能源技術(shù)
班級:材料0901 姓名:劉猛學(xué)號:25
【摘要】:溫差發(fā)電器是能將熱能直接轉(zhuǎn)化成電能的固態(tài)裝置,具有結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定可靠、無運動部件、綠色環(huán)保等優(yōu)點,廣泛地應(yīng)用于航天、軍事等領(lǐng)域,在廢熱的回收利用方面也展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。本文簡要地介紹了溫差發(fā)電器的工作原理及其結(jié)構(gòu),介紹了體溫差發(fā)電器和微型溫差發(fā)電器的國內(nèi)外研究進(jìn)展,并進(jìn)行了對比分析,提出了溫差發(fā)電器中存在的問題及解決方案,最后展望了溫差發(fā)電器的前景。
【關(guān)鍵詞】: 塞貝克效應(yīng);溫差發(fā)電
THERMOELECTRIC ELECTRICITY GENERATION ——A NEW GREEN ENERGY TECHNIQUE 【Abstract】:Thermoelectric generators are solid state devices which can directly convert thermal energy to electricity andhave advantages of simple structure, reliability, no moving parts and being friendly to the environment.They are widely used in aerospace、military fields, and have broad prospects in application of recovery of industrial waste heat.This paperbriefly provided the structure of thermoelectric generators and the work principles.Recent developments about thermoelectric generators were given and a comparison between bulk thermoelectric generators and micro thermoelectricgenerators was made.Problems of thermoelectric generators and the solutions were discussed.The prospects of thermoelectric devices were finally given.【Key Word】s: thermoelectricity;Seebeck effect 0引言
熱能和電能是我們社會生活中最重要的能源形態(tài),其中電能是各種形態(tài)能源中傳輸和使用最多、最為方便的一種。因此,許多能源形態(tài)、如太陽能、地?zé)?、風(fēng)能、潮汐能、化學(xué)能等等都在其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔苤蟛拍芨?、更為方便地被人們廣為利用。目前使用的電能有很大一部分是由熱能轉(zhuǎn)換而來的,如熱電廠、核電廠以及較大規(guī)模的太陽能電廠等。在這種能量轉(zhuǎn)換中總是先利用熱能加熱液體或蒸汽,以驅(qū)動汽輪機發(fā)電。這個過程復(fù)雜、設(shè)備昂貴、易出問題、污染環(huán)境、能量轉(zhuǎn)換效率低,造成能源浪費。因此關(guān)于高效,又不污染環(huán)境的能源轉(zhuǎn)換方法的研究必然引起了世界各國科學(xué)工作者的廣泛關(guān)從20 世紀(jì)90 年代以來,能源轉(zhuǎn)換材料(熱電材料)的研究成為材料科學(xué)的一個研究熱點。熱電材料的應(yīng)用不需要使用傳動部件,工作時無噪聲、無排棄物,和太陽能、風(fēng)能、水能等二次能源的應(yīng)用一樣,對環(huán)境沒有污染,并且這種材料性能可靠,使用壽命長,是一種具有廣泛應(yīng)用前景的環(huán)境友好材料[1] 1溫差發(fā)電 1.1熱電效應(yīng)
1821 年,德國物理學(xué)家塞貝克發(fā)現(xiàn),在兩種不同的金屬(或半導(dǎo)體)所組成的閉合回路中,當(dāng)兩接觸處的溫度不同時,回路中會產(chǎn)生一個電勢,這就是熱電效應(yīng),也稱作“塞貝克效應(yīng)(Seebeck effect)”。材料a、b兩端節(jié)點存在小溫差A(yù)T.便會產(chǎn)生Scebeck電勢△v,.Seebeck電壓與熱冷兩端的溫度差△T成正比, 即
△v = Sab△T = Sab(T 2-T 1)其中Sab是塞貝克參數(shù), 其單位是V/ K(或更常用的單位LV/ K)當(dāng)△r-0時,可寫成:
Sab=dV/dT Sab稱為Seebeek系數(shù),符號取決于組成熱偶的材料本身及節(jié)點的溫度,大小取決于兩節(jié)點的溫度和組成的材料。[2] 1.2溫差發(fā)電的原理
在P 型(N 型)半導(dǎo)體中, 由于熱激發(fā)作用較強, 高溫端的空穴(電子)濃度比低溫端大, 在這種濃度梯度的驅(qū)動下, 空穴(電子)由于熱擴散作用, 會從高溫端向低溫端擴散, 從而形成一種電勢差, 這就是塞貝克(Seebeck)效應(yīng).如圖所示將P 型和N 半導(dǎo)體的熱端相連, 則在冷端可得到一個電壓, 這樣一個PN結(jié)就可以利用高溫?zé)嵩磁c低溫?zé)嵩粗g的溫差將熱能直接轉(zhuǎn)換成電能, 將很 多個這樣的PN 串可得到足夠高的電壓, 成為一個溫差發(fā)電機, 很顯然這樣溫 差發(fā)電機完全沒有轉(zhuǎn)動部分, 因此非常可靠。
溫差發(fā)電是在塞貝克效應(yīng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,塞貝克效應(yīng)是由于導(dǎo)體的溫度差而產(chǎn)生電現(xiàn)象。溫差電組件的轉(zhuǎn)換效率決定于熱電優(yōu)值系數(shù)
式中:σ是電導(dǎo)率,k 是熱導(dǎo)率,S 是塞貝克系數(shù),塞貝克系數(shù)是指溫差電材料上單位溫度梯度所產(chǎn)生的電動勢。優(yōu)值系數(shù)Z 以K-1 為單位,因此,經(jīng)常使用的是無綱量優(yōu)值系數(shù)ZT,而不是Z。[3]
1.3溫差發(fā)電的研究進(jìn)展
盡管溫差發(fā)電由于材料成本昂貴等因素的制約未能在工業(yè)上大面積采用, 但在軍事與航天應(yīng)用、遠(yuǎn)離城市的邊遠(yuǎn)地區(qū), 以及海上作業(yè)平臺等特殊場合還是受到了人們的高度重視, 目前已成功開發(fā)出不少產(chǎn)品, 其中部分產(chǎn)品已商品化.(1)軍用發(fā)電機
早在80 年代初, 美國就完成了軍用500~1000W 溫差發(fā)電機的研制, 80年代末就已正式列入部隊裝備.美國海軍是海洋用放射性同位素溫差發(fā)電器的最大用戶, 其設(shè)計工作深度達(dá)10km, 功率不小于1W, 壽命長達(dá)10 年, 放在深海中給無線電信號轉(zhuǎn)發(fā)機系統(tǒng)供電, 該系統(tǒng)作為美國導(dǎo)彈定位系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的一個組成部分, 也可用于光纖電纜.1976 年發(fā)射的美國空軍通信衛(wèi)星采用了溫差發(fā)電器.(2汽車尾氣發(fā)電機
日本開發(fā)了利用小汽車尾氣廢氣發(fā)電的小型溫差發(fā)電機, 功率為100W, 可節(jié)省燃油5% , 美國宣布試制出了用于大貨車柴油發(fā)動機尾氣系統(tǒng)的溫差電機, 最大功率輸出達(dá)1000W.。美國的艾維戴爾公司研發(fā)了回收利用汽車發(fā)動機廢熱的溫差發(fā)電器,它包括35個熱電模塊,采用分段溫差電材料,Bi2Te3用于低溫范圍,PbTe、TAGS、ZnSb3用于中溫范圍,CeFe4Sb12、CoSb3用于高溫范圍,工作溫度范圍為423K~973 K。利用廢熱與冷卻劑的溫差進(jìn)行發(fā)電,當(dāng)溫差為400 K,發(fā)電功率為750 W(3)海洋溫差能的利用
地球表面積的70%是海洋, 而海洋是巨大的能源庫。太陽注入地球表面的能量換算為電功率約為1 013 kW,其中約2 /3用于加熱海面表層海水, 其與深水的溫差超過20 以上。全世界海洋溫差能的理論估計儲量為100億千瓦, 所以海洋溫差能轉(zhuǎn)換被國際社會普遍認(rèn)為是最具開發(fā)利用價值和潛力的海洋能資源。日本通產(chǎn)省工業(yè)技術(shù)院陽光計劃中, 由低溫差發(fā)電委員會對發(fā)電功率10萬千瓦級的海上浮體式發(fā)電站作了計劃, 該發(fā)電站朗肯循環(huán)效率為3.44%, 凈效率為2.04%。秘魯海水溫差發(fā)電站是日本陽光計劃的一部分, 它采用的工質(zhì)不是氨, 而是氟利昂HCFC22。20世紀(jì)80年代以來, 日本開發(fā)了kW、75 kW、100 kW 等容量不同的發(fā)電設(shè)備, 1996年還驗證了采用NH3 /水的混合工質(zhì)循環(huán)試驗設(shè)備, 以及設(shè)置在海洋水面上的發(fā)電設(shè)備。該電站建在岸上, 最大發(fā)電量為120 kW, 獲得31.5 kW 的凈出力[4](4)工業(yè)廢的再利用
工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的余熱數(shù)量相當(dāng)可觀, 如氣輪機, 內(nèi)燃機等熱機燃料所產(chǎn)生的能量50% 左右通過排煙擴散到了大氣中, 鋼鐵、水泥以及紡織工業(yè)等在生產(chǎn)過程中也有大量余熱沒有充分利用, 研究表明采用溫差發(fā)電技術(shù)可以有效利用余熱中10%~ 20%的能量。對內(nèi)燃機電站廢氣進(jìn)行溫差發(fā)電的研究表明, 對于一個10 MW 的機組, 如果排氣溫度為370 e , 煙氣流量6 萬m3 / h, 采用溫差發(fā)電扣除掉維持系統(tǒng)自身遠(yuǎn)行的冷卻水泵消耗功率后可以得到160 kW 的功率, 轉(zhuǎn)換效率為3.88%日本的工業(yè)研究所研發(fā)出利用工業(yè)廢熱的溫差發(fā)電器[11],由串聯(lián)的熱電模塊組成,安裝在工業(yè)熔爐內(nèi)涼水夾套的表面,熱端涂有SiC膜,接收熔爐保溫層的輻射熱,冷端被涼水冷卻。當(dāng)工業(yè)熔爐產(chǎn)生的熱量為200 kW,溫差發(fā)電器的熱電轉(zhuǎn)換效率7.5%,發(fā)電量可達(dá)4 kW,可用于驅(qū)動真空泵和控制儀表[5] 2提高溫差發(fā)電效率的途徑
提高溫差電轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵是提高ZT。半導(dǎo)體溫差電材料的熱導(dǎo)率與電子熱導(dǎo)率和晶格熱導(dǎo)率有關(guān),而且多半取決于晶格熱導(dǎo)率。降低晶格熱導(dǎo)率不會引起電導(dǎo)率的大幅下降。提高熱電材料的塞貝克系數(shù)和降低熱導(dǎo)率可以提高溫差電材料優(yōu)值系數(shù)。除材料外,溫差發(fā)電器的性能還決定于其組件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(1)摻雜半導(dǎo)體提高塞貝克系數(shù)
俄亥俄州的科學(xué)家、加州理工學(xué)院和大阪大學(xué)聯(lián)合研究通過加入摻雜物控制熱電材料的電子態(tài)。PbTe是熱電領(lǐng)域被廣泛研究的材料,與其他半導(dǎo)體一樣,它容易和元素周期表中相鄰的元素?fù)诫s。試驗表明,摻雜鉈是控制PbTe電子態(tài)的最佳選擇。鉈的加入,使處于室溫下的電子通過熱激發(fā)達(dá)到更高的能帶之前,在價帶上產(chǎn)生了另一個能量級———共振級價帶上可用電子態(tài)的增加來提高賽貝克系數(shù)。結(jié)果表明,Ti-PbTe的ZT 值提高到1.5,將原來0.71 的ZT 值提高了兩倍多,達(dá)到目前PbTe合金材料的最佳水平。需要說明的是這種方法沒有運用調(diào)整結(jié)構(gòu)降低熱導(dǎo)率的方法,電子態(tài)控制和結(jié)構(gòu)控制不是相互排斥的,可以結(jié)合在一起更大程度地提高ZT 值[6]。(2)降低熱電材料的熱導(dǎo)率
實驗表明,溫差材料導(dǎo)熱系數(shù)增加, 溫差電元件兩端的溫差減小, 發(fā)電器溫差電動勢和輸出功率下降, 其轉(zhuǎn)換效率隨之降低;但由于材料的性質(zhì)和力學(xué)原因,熱導(dǎo)率的降低程度會受到限制。因此這種途徑不是發(fā)展的主流途徑(3)改變材料結(jié)構(gòu)提高熱點性能
通過納米技術(shù)在熱電材料中摻入納米尺寸的雜質(zhì)相制備納米復(fù)合結(jié)構(gòu)熱電材料雜質(zhì)相可為絕緣體、半導(dǎo)體或是金屬, 也可以為納米尺寸的空洞), 通過調(diào)整或者控制摻入雜質(zhì)的成份、結(jié)構(gòu)和大小得到納米級的新相, 達(dá)到提高熱電材料ZT 值的目的?!蹲匀弧冯s志報道出一種新型熱電材料,ZT 值為2.4 的薄膜P 型Bi2Te3/Sb2Te3 半導(dǎo)體材料。通過改變半導(dǎo)體Bi2Te3和Sb2Te3 的層結(jié)構(gòu),使Bi2Te3/Sb2Te3半導(dǎo)體具有一種新的超晶格結(jié)構(gòu)。通過控制超晶格中光子和電子的傳輸提高材料的性能。薄膜材料的研究進(jìn)展在于滿足了小體積的需要。Hi-Z技術(shù)是使用先進(jìn)的薄膜量子阱熱電技術(shù),這種材料比Bi2Te3熱電材料性能更好,設(shè)計體積也可大大減[7]
除了材料外,制造工藝、組件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計都會影響溫差發(fā)電器的轉(zhuǎn)換效率。有研究表明,提高熱電組件的輸出功率可以通過調(diào)整溫差電元件長度實現(xiàn)。熱電組件最大輸出功率被定義為當(dāng)組件電阻與負(fù)載電阻匹配時產(chǎn)生的最大輸出功率。熱電組件的轉(zhuǎn)換效率
不同是因為組件熱面需要準(zhǔn)確地確定熱輸入。提高組件的轉(zhuǎn)換效率可以通過增加溫差和增加溫差電元件長度來實現(xiàn)。溫差電元件長度通常與最大輸出功率和最大轉(zhuǎn)換效率有關(guān)調(diào)整熱源、散熱器和熱交換也能影響熱電轉(zhuǎn)換效率。影響轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵參數(shù)有很多,有研究人員認(rèn)為接觸熱源的表面面積,器件的溫度梯度,溫差發(fā)電器和熱源之間的熱導(dǎo)率都是重要因素[8] 3溫差發(fā)電的前景展望
我國的能源十分短缺,能源的利用率較低,節(jié)能降耗是進(jìn)行可持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的必由之路。目前,各種工業(yè)余熱、汽車廢熱等仍沒有得到有效利用,迫切需要新型能源利用技術(shù)以節(jié)約能源和提高效率。溫差發(fā)電是一種新型的發(fā)電方式, 具有清潔, 無噪音污染和有害物質(zhì)排放, 高效, 壽命長, 堅固, 可靠性高, 穩(wěn)定等一系列優(yōu)點, 符合綠色環(huán)保要求, 對國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義.參考文獻(xiàn)
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[2]胡放戚學(xué)貴王學(xué)生任超代晶晶《冷能溫差發(fā)電技術(shù)及材料研究進(jìn)展》5化工裝備技術(shù)6 第30卷第6期2009年
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文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A [5]張騰, 張征《溫差發(fā)電技術(shù)及其一些應(yīng)用?!分袌D分類號: TM 913 文獻(xiàn)標(biāo)志碼: B 文章編號: 1005-7439(2009)01-0035-05 [6]武桂玲,郁濟(jì)敏《溫差發(fā)電器熱電材料的研究進(jìn)展》中圖分類號: TM 913 文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A 文章編號:1002-087 X(2009)08-0740-02 [7]賈陽任德鵬《溫差發(fā)電器中熱電材料物性的影響分析》中圖分類號: TM 913 文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A 文章編號: 1002-087 X(2008)04-0252-05 [8]史迅 席麗麗 楊炯 張文清陳立東《熱電材料研究中的基礎(chǔ)物理問題》
物理·40卷(2011年)11期
第三篇:幼兒園現(xiàn)狀分析及改進(jìn)措施
xx幼兒園現(xiàn)狀分析及改進(jìn)措施
我園對照《深州市幼兒園辦園標(biāo)準(zhǔn)》認(rèn)真自查,找出了存在的問題及差距,并制定了改進(jìn)措施,現(xiàn)將有關(guān)情況匯報如下:
一、存在的問題
(一)環(huán)境建筑方面:幼兒園沒有獨立的院落,也沒有園牌,門牌,園內(nèi)壁畫較少,活動室內(nèi)沒有開放性的活動角,各功能室不全。
(二)設(shè)施設(shè)備方面:大型玩具無,小型玩具達(dá)不到人均10件,種類也比較單一;玩具架,圖書架,不符合規(guī)定要求;班內(nèi)風(fēng)琴,電視,VCD數(shù)量不夠,無小黑板;幼兒圖書沒有;幼兒一人一杯,為塑料杯,需要更換;沒有配備保健箱和必備藥品。
(三)人員素質(zhì)方面:幼兒園園長沒有崗位培訓(xùn)合格證書;沒有專職保育員、保健員;由于教室和教師的制約,幼兒沒能按年齡分班,只有大、小兩個班。
(四)安全衛(wèi)生方面:對幼兒及教師體檢不夠重視,幼兒保健檔案不齊全。
(五)檔案管理方面:我園的幼兒學(xué)籍及日常教學(xué)檔案都不是很齊全,需要補充規(guī)范。
二、改進(jìn)措施及時間安排
為了切實提高幼兒園的保教質(zhì)量和管理水平,我園計劃從以下幾方面加以改進(jìn)。
1、三月份 制定迎檢方案,對照《深州市幼兒園辦園標(biāo)準(zhǔn)》自查,找出差距,制定改進(jìn)措施。
2、四月份 完成大型玩具的購置及安裝,完成圖書的配置,搞好幼兒園的環(huán)境衛(wèi)生及室的布置。進(jìn)行幼兒園檔案的整理入檔工作。
3、五月份 繼續(xù)進(jìn)行幼兒園檔案的整理工作,進(jìn)行教師培訓(xùn)及日常教學(xué)的管理工作。體檢工作。
4、六月份 完成各項檔案資料的整理工作,完成幼兒園環(huán)境布置和文化建設(shè),各室硬件設(shè)施到位。
5、七、八月份 利用假期進(jìn)行新一輪的查漏補缺和提高工作。
2011.3 xx幼兒園
第四篇:期中考試情況分析及改進(jìn)措施
二年級下冊期中情況反饋
一、情況分析:本次期中考試試卷共分八道大題,內(nèi)容涉及二類生字字音、一類生字書寫及組詞、拼音知識、多音字、查字典、詞語搭配、近義詞、造句、課文內(nèi)容理解、閱讀理解、寫話(書面表達(dá))。全班50人參加考試,平均90.5分,34人在平均分?jǐn)?shù)之上,16人低于平均分。95-99分16人;90-94.5分18人;85-89.5分8人;80-84分2人;70-79分5人;60-69分1人。
二、普遍存在的問題:
1、拼音不過關(guān)。不能正確拼讀音節(jié)、混淆聲調(diào)。
2、對二類生字讀音字義不熟悉。
3、對學(xué)過的課文內(nèi)容不了解、不熟悉。
4、一類生字掌握不好,不能準(zhǔn)確運用,錯別字現(xiàn)象嚴(yán)重。
5、閱讀短文不深入、不理解作者想表達(dá)的核心意思。
6、書面表達(dá)存在問題,句子不通順,書寫內(nèi)容無主題。
三、改進(jìn)措施:
1、平時寫生字時要求拼讀音節(jié)。
2、大聲熟讀每一篇課文,對二類生字加強抄寫。
3、加大聽寫力度。
4、每周日記要求先口頭表達(dá),再書寫通順語句、段落,完成后大聲朗讀檢查。
5、增加課外閱讀量,培養(yǎng)讀書思考的習(xí)慣。
四、作業(yè)要求及調(diào)整
1、寫作業(yè)時要求邊讀邊寫,做到口、手、腦共同配合參與,提高作業(yè)的準(zhǔn)確率,培養(yǎng)孩子精神集中完成作業(yè)。
2、書寫作業(yè)要求字跡工整、規(guī)范、不潦草。
3、每天完成的作業(yè)做到三查。(孩子自己檢查一遍、家長檢查一遍、老師檢查一遍)
4、針對考試中暴露出的字詞薄弱問題,后半學(xué)期將以鞏固字詞為主,增加聽寫的密度和字詞抄寫練習(xí)。小《練習(xí)冊》輔助題型練習(xí)?!墩Z文評價》作為補充作業(yè),有時間的情況下在學(xué)校完成相關(guān)內(nèi)容,不再發(fā)回家當(dāng)作作業(yè)完成。
5、優(yōu)等生加大課外閱讀量,每天有讀課外書的作業(yè)。學(xué)習(xí)較困難的學(xué)生每天必須完成一次聽寫作業(yè),另外每天必須讀熟1篇課文。
五、其他注意事項:
1、家長必須保持和老師及時的溝通交流,以便準(zhǔn)確的了解孩子的真實情況、每天作業(yè)情況和臨時通知等。家長至少有一種交流方式:(1)班級QQ群172990667(2)提供中國電信天翼手機號碼加入家校通平臺。同時主動和老師電話溝通了解孩子情況:高老師(數(shù)學(xué))*** 翁老師***
2、家長對孩子應(yīng)提出更高的要求,無論是學(xué)習(xí),還是行為習(xí)慣、文明禮儀、衛(wèi)生等各方面做具體細(xì)致的要求,使孩子能獨立自主做好自己的事、成為有教養(yǎng)、素質(zhì)高的文明學(xué)生。
3、針對課堂上許多孩子不聽課的現(xiàn)象,希望家長能注意培養(yǎng)孩子禮貌、認(rèn)真傾聽別人說話的習(xí)慣,對孩子的要求只說一遍,不要嘮叨。
4、針對課堂上邊玩邊聽課的現(xiàn)象,我將會把孩子玩的文具、玩具、課外書等全部收上來,期末家長會上統(tǒng)一發(fā)放給家長,請家長理解。
5、為了提高作業(yè)速度,請家長根據(jù)作業(yè)量,給孩子每天規(guī)定好完成作業(yè)的時間,時間到了沒有完成就別讓孩子寫了,采取和孩子事先商量好的懲罰措施,千萬不可對作業(yè)時間無限放縱。
6、早晨讓孩子在8點之前到校,以保證早讀15分鐘的讀書時間。夏天中午到校時間為2點10分,請家長盡量讓孩子進(jìn)行午休,以保證下午學(xué)習(xí)的效果。
請家長認(rèn)真閱讀后能與教師有效配合,使孩子在各方面有所成長!
2013年4月27日
第五篇:醫(yī)療糾紛總結(jié)分析及改進(jìn)措施
關(guān)于患者陸建民醫(yī)療糾紛整改意見備案(科室整改備案)
一、發(fā)生原因
1、病人方面因素(1)患者對專業(yè)醫(yī)學(xué)常識了解甚少,對醫(yī)療效果的期望值過高,出現(xiàn)難以預(yù)料的問題時,就對醫(yī)療過程或醫(yī)務(wù)人員的技術(shù)水平進(jìn)行懷疑、抱怨。(2)患者及家屬對醫(yī)療糾紛不進(jìn)行司法處理。
2、醫(yī)院責(zé)任方面的原因(1)、與患者缺乏有效的溝通。對疾病的發(fā)生、發(fā)展過程認(rèn)識不足,預(yù)后估計不充分,病情交代不夠,患方思想上無準(zhǔn)備,一旦發(fā)生病情變化,病人家屬不能接受;(2)、醫(yī)療技術(shù)水平有待提高?;A(chǔ)知識、專業(yè)知識、基本技能不扎實,對疾病的認(rèn)識不足;(3)、病歷書寫不規(guī)范。病歷中反映不出上級醫(yī)生的水平,對疾病的分析如診斷、診斷依據(jù)、鑒別診斷、處理原則、預(yù)后判斷、及時可能出現(xiàn)的嚴(yán)重后果,家屬的要求和意見在病歷里不能體現(xiàn),不能很好地保護(hù)自己。
二、整改意見:(1)、不斷提升醫(yī)療水平。狠抓醫(yī)務(wù)人員的“三基”“三嚴(yán)”訓(xùn)練,夯實業(yè)務(wù)建設(shè)基礎(chǔ),組織醫(yī)務(wù)人員加強學(xué)習(xí)、提高醫(yī)務(wù)人員的業(yè)務(wù)水平;(2)、加強醫(yī)患溝通。加強醫(yī)患溝通,使病人對疾病的診斷、治療、預(yù)后有大概的了解,不能盲目的治療,你自己心里有數(shù)而病人不理解,一旦出現(xiàn)效果不好,就會導(dǎo)致糾紛的發(fā)生;(3)、提高醫(yī)療風(fēng)險防范意識。加強法律法規(guī)學(xué)習(xí),增強法律意識,學(xué)會利用法律的武器來保護(hù)自己,同時要求依法行醫(yī),照章辦事,提高醫(yī)療質(zhì)量,保障醫(yī)療安全,預(yù)防醫(yī)療糾紛的發(fā)生。
三、預(yù)防措施
(1).轉(zhuǎn)變服務(wù)觀念。樹立良好的醫(yī)德醫(yī)風(fēng),改善服務(wù)態(tài)度,加強責(zé)任心,建立良好的醫(yī)患關(guān)系。要防范醫(yī)療糾紛的發(fā)生,醫(yī)務(wù)人員必須切實重視患者的權(quán)利,轉(zhuǎn)變醫(yī)療作風(fēng)。醫(yī)療人員在診療病人的過程中,應(yīng)充分讓病人與家屬了解病人目前的病情,即將采行的檢查或治療之原因和可能之結(jié)果,讓病人與家屬感覺受到尊重與參與感。對嚴(yán)重副作用的藥物以盡到事前告知之義務(wù);對于病情治療的愈后狀況之措辭應(yīng)較為謹(jǐn)慎,不要向病人保證能治愈或根治,也不要讓病人有錯誤之期待,對于一個可理解的病人,雖然可能確信病人會有好的結(jié)果,也不要輕易給予承諾;解釋病情時,應(yīng)統(tǒng)一口徑后,方可向病人家屬解釋,醫(yī)療人員應(yīng) 該站在病人的立場思考,以病人與家屬能夠理解的措辭與用語,并確認(rèn)他們已經(jīng)正確了解所要傳達(dá)的訊息。
(2).嚴(yán)格執(zhí)行查對制度。重點防范以上多發(fā)環(huán)節(jié),在臨床工作中自覺遵守規(guī)章制度,嚴(yán)格按規(guī)范進(jìn)行診療操作,醫(yī)護(hù)人員要把查對意識和醫(yī)療責(zé)任結(jié)合在一起,貫徹于醫(yī)療活動中,使其成為醫(yī)護(hù)人員的基本素質(zhì)。
(3).健全病案管理制度。嚴(yán)格執(zhí)行病案管理制度,可減少醫(yī)療糾紛以及醫(yī)療糾紛的復(fù)雜性。病案作為醫(yī)療檔案,是醫(yī)生對病情分析和處理的真實記錄,當(dāng)發(fā)生糾紛時,它又是出具醫(yī)療鑒定和調(diào)解處理醫(yī)療糾紛的主要依據(jù)。病歷是醫(yī)護(hù)人員臨床思維的憑證,是診療過程中的原始記錄,有很強的書證作用,是進(jìn)行醫(yī)療事故技術(shù)鑒定、司法鑒定的重要依據(jù)。一旦發(fā)生醫(yī)療糾紛,醫(yī)療文件的記錄存在缺陷,必使醫(yī)院處于舉證不力的境地。因此,各醫(yī)務(wù)人員要嚴(yán)格規(guī)范書寫病歷,特別是病歷書寫中常見的問題。各種醫(yī)療文件應(yīng)按照有關(guān)規(guī)定詳細(xì)記錄、及時完成,特別嚴(yán)格履行告知義務(wù)、搶救、會診、手術(shù)、麻醉、上級醫(yī)師查房、交接班等記錄。在書寫過程中出現(xiàn)錯字時,應(yīng)當(dāng)用雙線劃在錯字上,不得采用刮、粘、涂等方法掩蓋或去除原來的字跡。
(4).醫(yī)護(hù)人員應(yīng)增強法律意識。由于全社會法制觀念的逐步確立,患者及家屬維權(quán)意識大大增強,當(dāng)前的現(xiàn)狀是:一方面,個別醫(yī)務(wù)人員沒有根據(jù)法律規(guī)定約束自己的行為,發(fā)生醫(yī)療事故損害了患者的權(quán)益;另一方面,醫(yī)院和醫(yī)務(wù)人員對目前所處的法律環(huán)境認(rèn)識不清,缺乏法律意識,從而不能很好地維護(hù)醫(yī)患雙方的合法權(quán)益。
四、處理的法律依據(jù)
醫(yī)療糾紛發(fā)生后,應(yīng)當(dāng)立即將有關(guān)情況如實向本醫(yī)療機構(gòu)的負(fù)責(zé)人報告,并向患者通報、解釋。根據(jù)我國現(xiàn)行法律、法規(guī)的規(guī)定,醫(yī)患糾紛可以通過三種途徑解決:一是自行協(xié)商,醫(yī)患雙方可以自主自愿地進(jìn)行協(xié)商處理,所達(dá)成的協(xié)議只要不是受脅迫所簽或存在重大誤解,其協(xié)議是合法有效的。這種處理方式對醫(yī)患雙方來說無疑都是最優(yōu)選擇,不僅利于改善醫(yī)患關(guān)系,而且醫(yī)院的聲譽也不會受到太大影響。二是醫(yī)調(diào)會,根據(jù)醫(yī)療事故處理條例的規(guī)定,醫(yī)調(diào)會是作為醫(yī)、患之外的第三方介入調(diào)解的機構(gòu)。第三種途徑就是司法裁決。但醫(yī)療事故引發(fā)的 2 醫(yī)患糾紛與非醫(yī)療事故引發(fā)的醫(yī)患糾紛的法律適用是不盡相同的,前者需適用醫(yī)療事故條例進(jìn)行裁決,而后者則依照民法通則及相關(guān)司法解釋。