Performance evaluation and parametric optimum design of irreversible thermionic generators based on van der Waals heterostructures

Performance optimization of a solar-driven single-stage heterostructure-based thermionic generator

“…电极材料受热时，部分能量较高的"热电子"会逃逸出材料表面，此过程称为热离子发 射 [1] 。电子转移往往伴随能量的转移，基于热电子发射设计成的能量转换装置为热离子能量 转换装置 [2] 。热离子装置具有较高的理论转换效率，根据净电子流向的不同，可以分为热离 子发电装置 [3][4][5][6] 和热离子制冷装置 [7][8][9][10] 。而太阳能驱动热离子发电装置是未来发展趋势之一 [11] 。 不可逆性可以引起装置性能的显著降低， 实际热离子发电装置在工作过程中存在多种不 可逆性，如极板与环境之间的传热不可逆性、装置内部的传热不可逆性(极板间的辐射或导 热)等。有限时间热力学 是研究各种不可逆性对装置性能影响的有力工具。Wu [39] 考虑 太阳和高温电极、环境和低温电极之间的有限速率传热(辐射传热) ，研究装置的最大输出 功率特性。Wang 等 [40] 研究了考虑多种传热不可逆性的热离子发电机模型，给出了装置关键 技术参数的优化判据。Liao 等 [41] 建立了不可逆真空热离子太阳电池装置模型，讨论了装置 的最大效率特性。Wang 等 [42] 分析了光子增强型热离子装置的最优性能，研究表明采用纳米 间距能够显著增大装置的效率。Chen 等 [43] 对真空热离子发电机的性能进行了优化设计，讨 论了不同优化目标下的性能特性。程笑宇 [44] 研究了电极温度、电极间距和功函数对最优性 能的影响，讨论了功函数和电极温度的最优值。Qiu 等 [45] 研究了基于 van der Waals 异质结 (vdWH)的不可逆热离子发电机模型。研究了装置的最优性能与输出电压、Schottky 势垒 和热阻等参数之间的关系，得到了相应的性能优化区域。杨智敏 [46] 建立了基于 ABA 型和 ABC 型多层石墨烯发射极的不可逆真空热离子发电机模型，讨论了发射极和集电极的功函 数、石墨烯层数和聚光度对聚光热离子发电装置最优性能的影响。杨智敏等 [47] 考虑燃料电 池中电化学反应、等效内阻、热漏以及真空热离子装置中的有限速率传热等不可逆因素的影响， 建立了由燃料电池和真空热离子装置组成的联合发电装置模型， 分析了各种参数对装置最优 性能的影响。廖天军和林比宏 [48] 在光子增强型热离子太阳能电池的基础上，进一步考虑半 导体禁带宽度对温度的依赖关系， 建立了更加完善的不可逆光子增强型热离子太阳能电池模 型，研究了装置的最优性能。廖天军等 [49] 进一步建立了太阳能驱动的热电子-热辐射联合发 电机模型。Liao 等 [50] 建立了基于 Schottky 异质结的热光伏-热离子联合装置模型，考虑了空 基金项目：国家自然科学基金资助项目(批准号: 51779262)，湖北省自然科学基金(批准号: 2017CFB498) 通讯作者：*陈林根，lingenchen@hotmail.com; #丁泽民，zeminding@hotmail.com 间电荷效应和辐射复合对装置性能的影响。Liao 等 [51,52] 进一步建立了余热驱动的石墨烯基 热离子-热光伏联合发电装置 [51] 和固态氧化物燃料电池-石墨烯基热离子联合发电装置 [52] 。Li 等 [53] 建立了不可逆热离子-热光伏联合发电机模型。 本文在文献 [45,46]…”

Modeling and Performance Optimization of an Irreversible Two-Stage Combined Thermal Brownian Heat Engine

“…FTT theory has been applied for performance optimization of various macro energy systems. The applications of FTT include many aspects and the two major aspects are optimal configurations [ 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18 , 19 , 20 , 21 , 22 , 23 , 24 ] and optimal performances [ 25 , 26 , 27 , 28 , 29 , 30 , 31 , 32 , 33 , 34 , 35 , 36 , 37 , 38 , 39 , 40 , 41 , 42 , 43 , 44 , 45 , 46 , 47 , 48 , 49 , 50 , 51 , 52 , 53 , 54 , 55 , 56 , 57 , 58 , 59 , 60 , 61 , 62 ,…”

Optimizing Power and Thermal Efficiency of an Irreversible Variable-Temperature Heat Reservoir Lenoir Cycle

“…As a further extension of traditional irreversible process thermodynamics, finite-time thermodynamics (FTT) [1][2][3][4][5][6][7][8][9][10][11] has been applied to analyze and optimize performances of actual thermodynamic cycles, and great progress has been made. FTT has been applied in micro-and nano-cycles [12][13][14][15], thermoelectric devices [16,17], thermionic devices [18,19], gas turbine cycles [20][21][22], internal combustion cycles [23,24], cogeneration plants [25,26], thermoradiative cell [27], chemical devices [28,29], and economics [30,31].…”