论文总字数：28454字

摘 要

当今世界经济快速发展，随之而来的是能源需求的急速上涨，大多数国家面临着不同程度的能源短缺，大量的碳排放以及各类污染造成了生态环境的恶化，严重地影响了人们的生活。为了解决能源问题，人们需要找到新的可以利用的能源和能源使用的新方法，热电转换技术就是其中之一。激光有方向性强、能量密度大、单色性好、相干性好、等优点，一直受到科学家们的广泛关注。人们研究激光已有50多年，许多相关的技术难题已经得到解决。如今激光被广泛运用在民用和军事方面。本文重点研究激光加热实验，具体地研究激光加热装置及其传热过程。通过对激光加热过程的模型研究，用ansys软件模拟激光加热过程，并对不同材料进行激光加热实验，得到了一些材料对激光的吸收率并对激光传热的过程进行研究，为后续的热电转换实验提供理论数据。若能将激光辐射产生的热量运用到热电转换中，将对解决环境和能源问题起到一定帮助。

关键词：热电转换，激光，传热过程

Design and Experiment of Laser Heating Device and Study on Its Heat Transfer Process

03013320 Fancheng Xu

Supervised by Hongmei Shen

Abstract

The rapid development of the world economy today, followed by the rapid rise in energy demand, most countries are facing varying degrees of energy shortages, a large number of carbon emissions and various types of pollution caused by the deterioration of the ecological environment, seriously affected people's life. In order to solve the energy problem, people need to find new ways to use energy and , thermoelectric conversion technology is one of solution. Laser has a strong direction, energy density, monochromatic good, good coherence, and other advantages, has been widely concerned by scientists. People have been studying lasers for more than 50 years, and many related technical problems have been solved. Laser is now widely used in civil and military aspects. This paper focuses on the laser heating experiment, specifically to study the laser heating device and its heat transfer process. Through the study of the laser heating process, the ansys software was used to simulate the laser heating process, and the laser heating experiment was carried out on different materials. The absorption rate of the laser and the process of laser heat transfer were studied, and the subsequent thermoelectric conversion The experiment provides theoretical data. If the heat generated by laser radiation applied to the thermoelectric conversion, will solve the environmental and energy problems play a certain help.

Key words：Thermoelectric conversion，laser，heat transfer

目 录

摘要 I

Abstract II

目 录 III

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 热电转换技术 1

1.2.1 热电转换技术的发展 1

1.2.2 热电转换技术的原理 2

1.2.3 热电发电机的原理 2

1.3 激光辐射原理 4

1.4 激光辐射的特性 5

1.4.1 激光辐射的定向性 5

1.4.2 激光辐射的单色性和时间相干性 6

1.4.3 激光辐射的亮度特性 6

1.5 本文研究意义及内容 7

第二章 基于图像处理固体表面温度测量研究 8

2.1 热电偶 8

2.2 红外测温计 8

2.3 灯泡中钨丝温度的测量 9

2.3.1 视场处理 10

2.3.2 计算模型 11

第三章 激光加热模型建立及实验内容 14

3.1 理论模型建立 14

3.2 模拟计算模型建立 17

3.3 实验器材 21

3.4 实验步骤 24

第四章 实验结果分析与讨论 26

4.1 激光吸收面吸收率的确定 26

4.2 反射膜反射率的测定 29

4.3 表面涂料对材料表面吸收率的影响 33

4.4 腔体实验 35

第五章 全文总结与工作展望 40

5.1 全文总结 40

5.2 工作展望 40

致 谢 42

参考文献 43

绪论

引言

随着新能源科学的不断发展，传统的化石能源面临许多问题，资源短缺，价格暴涨，破坏环境。人们意识到单一使用化石能源的危害，从而开始关注新能源领域和能源利用的新方法。为了解决能源问题，人们需要改进现有的能源利用方法，热电转换技术就是其中之一。激光技术被广泛运用在各种民用和军事方面，激光因有方向性强、能量密度大、单色性好、相干性好、等优点，也是近年来热点研究的领域。本章以热电转换技术为大背景，具体介绍热电转换技术的发展现状及原理，然后对激光辐射的原理和特点做出介绍，本章节最后部分介绍了本文的主要研究工作。

热电转换技术

热电转换技术的发展

近年来热电转换技术发展迅速，如今在一些高科技领域都有热电转换技术的运用。如在通信技术中可以运用热电制冷技术对光接口的温度进行精确控制。在无人区域的大部分微波中继站中采用热电发电技术，可以有效解决人烟稀少地区的用电问题。另外，废弃物焚烧废热，炼钢厂等废热利用的研究也正在进行之中，并且有一些相关的应用可以在不久的将来大规模应用^【1】。现代社会中随着经济的不断发展，人们对能源尤其是石油天然气需求不断增长，进一步加剧了全球能源问题的恶化。同时日益猛增的汽车保有量造成大量的汽车尾气排放，工厂排污等一系列污染对环境造成了很大的影响。为此相关领域的科学家们致力于热电转换技术的研究，希望能把汽车或工厂排放的废气余热用于热电发电，提供额外的动力。这样不仅可提高发动机的效率，还能减少污染物的排放。热电转换技术的研究对环保和新能源行业有重大意义。

美国Cardiff大学的科学家在研究如何把汽车排放的大量尾气中的余热转变为可以供汽车使用的绿色电力^【2】。这项热电转换技术通过热电耦将热能转化为电能。该转化技术可应用于如控制中央供热系统或制冷机温度的各类设施。研究人员表明，该技术如能运用到汽车上可节约5%的燃料并减少大量温室气体的排放。目前该项技术已得到许多汽车制造商的投资，热电转换技术具有发展前景，它是一种解决汽车尾气排放的绿色方案。

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