1.一种阶梯式温差发电片的引脚高度确定方法,其特征在于,所述引脚高度确定方法基于一种阶梯式温差发电片,所述一种阶梯式温差发电片包括上端水平陶瓷板、铜电极片、高度沿热流方向阶梯增加的PN结引脚和下端阶梯式陶瓷板,所述PN结引脚由铜电极片相互串联连接后,夹在上端水平陶瓷板和下端阶梯式陶瓷板中间,下端陶瓷板与铜电极片的接触面为阶梯状;沿热流方向,阶梯式温差发电片分别为第1阶梯、第2阶梯、…第i阶梯…、第n阶梯,其中,第1阶梯上的PN结引脚高度最低,第n阶梯上的PN结引脚高度最高;第i阶梯的引脚高度为hi、下陶瓷板第i阶梯的高度为hci,且上陶瓷板的高度hc1和铜电极片的高度hco保持不变,hc1等于下陶瓷板第一阶梯的高度,各高度间满足下述关系:hc1+h1=hi+hci;
所述PN结引脚在每一阶梯上的列数R保持一致,且同一阶梯上的PN结引脚高度相同,不同阶梯上的PN结引脚高度不相同,其中,R由温差发电片PN结引脚的总列数Rall和阶梯数n决定,即:所述引脚高度确定方法为:
确定第i阶梯PN结引脚的热端温度和冷端温度,由PN结引脚热端温度、冷端温度,计算第i阶梯的PN结输出电流,从而计算得到第i阶梯的引脚高度hi。
2.根据权利要求1所述的一种阶梯式温差发电片的引脚高度确定方法,其特征在于,确定第i阶梯PN结引脚的热端温度的具体过程为:计算热端换热器的内壁面温度Tiwh;
其中,Ch为热流体的比热容, 为热流体的质量流量,Thi为第i阶梯的热流体入口温度、Thi+1为第i阶梯的热流体出口温度,h1为热流体对流换热系数,A1为热流体与热端换热器的内壁面接触面积, 为第i阶梯的热流体平均温度,且计算PN结引脚的热端温度Thleg;
热端热流密度q1为: 根据热流密度相等,则
式中λ1为热端换热器材料的热导率,δh为热端换热器底板厚度,λce为陶瓷板的材料热导率,Towh为热端换热器外壁面温度;
则PN结引脚的热端温度
3.根据权利要求2所述的一种阶梯式温差发电片的引脚高度确定方法,其特征在于,确定第i阶梯PN结引脚的冷端温度的具体过程为:计算冷端换热器的内壁面温度Tiwc;
式中,Cw为冷流体的比热容, 为冷流体的质量流量,Tci为冷流体的入口温度、Tci+1为冷流体出口温度,h2为冷流体对流换热系数,A2为冷流体与冷端换热器的内壁面接触面积,为第i阶梯的冷流体平均温度,且计算PN结引脚的冷端温度Tcleg;
冷端热流密度q2为: 根据热流密度相等,则
式中λ2为冷端换热器材料的热导率,δc为冷端换热器底板厚度,Towc为冷端换热器外壁面温度;hc1为上陶瓷板的高度等于下陶瓷第一阶梯的高度;
则PN结引脚的冷端温度 。
4.根据权利要求3所述的一种阶梯式温差发电片的引脚高度确定方法,其特征在于,计算第i阶梯的PN结输出电流的具体过程为:计算第i阶梯的PN结输出电压Ui;
Ui=R×m(αP‑αN)×(Thleg‑Tcleg)式中,m为每一列PN结引脚包含的PN结个数,αP为P极的塞贝克系数,αN为N极的塞贝克系数;
计算第i阶梯的PN结内阻Ri;
式中,ρP为P极的电阻率,ρN为N极的电阻率,Aleg为PN结引脚的横截面积;
计算第i阶梯的PN结输出电流Ii:
5.根据权利要求4所述的种阶梯式温差发电片的引脚高度确定方法,其特征在于,当i=1时,h1已知,求得 当i=2,3,…,n时,hi未知,根据Ii=I1可求解得到,即