森林土壤温差发电装置及其性能研究

发布时间：2020-08-19 21:25

【摘要】：森林自然环境状况和生物种群的现代监测技术,都离不开无线传感器。无线传感器具有监测便捷、迅速和功耗低等优点,非常适合在林区工作。由于林区环境的特殊性,树木、植被众多、郁闭度高,从而导致无线传感器的供电和维护存在困难。为解决这一问题,本研究设计了一种能为林业无线传感网络原位供电的发电装置,并对其进行了发电性能测试。此温差发电装置的特点是利用森林土壤与空气间的温度差,进行热电转换,产生电能,从而为无线传感器供电。温差发电装置主要是由重力热管和温差发电片(TEG)组成。在室内进行模拟实验,验证了温差发电装置的可行性。并在此基础上进行优化和完善,后期在室外自然条件下应用,并进行了实验分析。结果表明,在室内人为控制土壤温度,使得室内空气与土壤之间的最大温差达到20℃时,含有1个TEG、4个TEG、8个TEG的温差发电装置分别产生的最大瞬时电压为 13.5mV、63.5mV、292.5mV,最大瞬时功率值分别为 0.3mW、0.61mW、13.8mW。因此,温差发电装置选用8个TEG。将此装置投放到北京林业大学苗圃林区进行实验,受到风力、雨雪等天气状况的影响,在温差为13℃时,室外温差发电装置产生的最大瞬时电压为63mV,瞬时电能约为0.82mW。此装置安装散热翅片后,同样的温差下,产生的最大瞬时电压为466mV,瞬时电能约为43.3mW。本装置提供的电能满足无线传感器的供电需求。
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S714
【图文】：

模拟图,温差发电,模拟图

图２－１室内温差发电装置模拟图逡逑．２－１邋Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ邋Ｄｉａｇｒａｍ邋Ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ邋Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ邋Ｄｅｖｉｃｅ发电片的转换效率、增大热管的吸热面积和吸热以失、提高热管的传送效率是我们要着重研究的。最该装置打好理论基础和可行性依据。为了以后使这的应用，因此，在室内进行模拟温差发电实验，土槽中，通过控制变量法得到不同温差下，不同时，研究热电转换装置的电响应特性并绘制曲线。电转换中的电压、电流随温差电话的规律，为将温。逡逑递规律，我们需要对温度及热源进行控制，目前。发热电缆是以电力为能源，通过合金电阻丝通有单导和双导之分，广泛运用在房屋地热采暖中，，

温差发电,总表,部件

（ｇ）邋Ｌｏｇｇｅｒ邋ｗｉｔｈｏｕｔ邋Ｐａｐｅｒ逦（ｈ）邋ＳＭＤ邋Ｓｅｎｓｏｒ逡逑图２－２温差发电装置的部件总表逡逑Ｆｉｇ．２－２邋Ｔｏｔａｌ邋ｐａｒｔ邋ｏｆ邋Ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ邋Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ邋Ｄｅｖｉｃｅ逡逑表

温差发电,工作原理,热管,铜套

Ｆｉｇ．２－４邋Ｗｏｒｋｉｎｇ邋Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ邋ｏｆ邋ＴＥＧ逡逑置的参数模型逡逑形象化与系统化的模拟。当一定要从定量要在深入调查情况、认识相关主体信息、的基础上，用数学的独特标记和方式作学模型的推导，最终建立土壤－热管－翅换系统的理论模型。然后把实验得到的数模型，并改善数学模型的计算精度。逡逑热传递包括三部分：一是土壤和热管的程（适当简化）；三是热管和铜套、铜套＾逦（Ｎａ）２ＫＲ逡逑ａ为塞贝克系数，尤为半导体电偶的导热

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