你的这八个讨论点已经比较完整。图表设计的核心原则是:每一节只用一张主图回答一个科学问题,精确数值放表格,重复性通过误差棒体现,不要把所有测试量都画成独立图片。
Applied Energy参考文章也是将负载特性、输入功率、当量比、不同层级效率、能量流及文献评价依次展开;其后续讨论特别强调热端、冷端温度和热收集效率等数据必须充分呈现。
下面按“论文中实际可用的图号”设计。假设前面的实验方法部分已经有Fig. 1–3。
一、实验方法部分先放什么
这部分虽然不属于3.1–3.8,但必须提前准备,否则结果部分的图会缺少结构说明。
Fig. 1 新型TEG结构及一体化设计
建议包含:
Fig. 1(a):整机三维结构图;
Fig. 1(b):爆炸图;
Fig. 1(c):燃烧室—集热器一体化截面;
Fig. 1(d):传统独立燃烧室结构与新结构对比;
Fig. 1(e):多孔回流遮罩位置及烟气运动路径示意。
这张图承担“结构创新证明”,要清楚显示:
独立燃烧室被取消;
集热器下半部分承担燃烧空间功能;
多孔回流遮罩的位置;
烟气出口;
旋流燃烧器;
TEM和水冷器的位置。
Fig. 2 实验系统及测点
建议包含:
实验台照片;
气路和水路流程图;
热端T1–T4位置;
冷端T1–T4位置;
烟气温度测点;
压差测点;
电压、电流和负载连接方式。
Fig. 3 不同实验结构状态
建议包含实物照片或剖面示意:
无遮罩;
遮罩全开;
部分闭合;
全闭合;
0°、30°、45°和60°旋流器。
这些结构照片应放在Methods,不要在3.2、3.3中才第一次展示。
Methods中的表格
Table 1 主要部件和系统参数
包括:
TEM型号、数量和连接方式;
集热器材料、尺寸和质量;
遮罩孔径、孔数、开孔率和质量;
整机尺寸和质量;
冷却器尺寸;
旋流器参数。
Table 2 测量仪器与不确定度
包括:
热电偶;
流量计;
电压表;
电流表;
压差计;
水流量计;
功率和效率的合成不确定度。
严格来说,不确定度表应放在实验方法部分,不应放到3.1才介绍。3.1只展示重复实验的离散程度,后续所有主曲线使用误差棒。
Table 3 实验工况矩阵
把遮罩、旋流角度、输入功率、当量比、负载和稳定性工况统一列出,避免正文反复交代。
二、3.1 Power-load characteristics and experimental repeatability
Fig. 4 功率—负载特性和重复性
建议设计为三幅子图。
Fig. 4(a):电压、电流与外接负载
横坐标:
[ R_L;(\Omega) ]
纵坐标:
左轴:输出电压 (U);
右轴:输出电流 (I)。
也可以把电压和电流拆成两幅,但没有必要。
Fig. 4(b):输出功率与外接负载
横坐标:
[ R_L;(\Omega) ]
纵坐标:
[ P_{\mathrm{out}};(\mathrm{W}) ]
图中标出:
最大功率点;
最佳负载 (R_{\mathrm{opt}});
现有21.5 Ω的位置;
最大功率 (P_{\max})。
这幅图是3.1的核心。
Fig. 4(c):重复实验结果
固定在最佳负载下连续进行3次独立实验,绘制:
三次最大输出功率散点;
平均值;
标准差或95%置信区间。
也可以同时放:
热端平均温度;
输出功率;
系统效率。
但建议只放输出功率和系统效率,温度重复性可在正文报告。
这一节需要的表格
通常不需要单独表格。以下结果直接写入正文:
(R_{\mathrm{opt}});
等效内阻;
(P_{\max});
开路电压;
重复实验相对标准偏差;
功率和效率不确定度。
推荐放置位置
第一段介绍测试条件,第二段首次写“Fig. 4 shows…”后立即放Fig. 4。
三、3.2 Effect of the porous recirculation shield
这一节只研究遮罩,不要混入旋流角度优化。
统一条件建议为:
[ P_{\mathrm{in}}=1600\ \mathrm{W},\quad \phi=0.9,\quad \theta=45^\circ,\quad R_L=R_{\mathrm{opt}} ]
Fig. 5 遮罩状态对热电性能的影响
建议设置四幅子图。
Fig. 5(a):不同遮罩状态下热端温度分布
横坐标:
T1;
T2;
T3;
T4。
纵坐标:
[ T_h;(^\circ\mathrm{C}) ]
四条曲线分别表示:
无遮罩;
全开;
部分闭合;
全闭合。
这幅图直接显示遮罩是否改善温度均匀性。
Fig. 5(b):平均温度和平均温差
横坐标为遮罩状态,纵坐标绘制:
平均热端温度 (\bar T_h);
平均冷端温度 (\bar T_c);
平均冷热端温差 (\Delta T_{\mathrm{TEM}})。
建议柱状图或折线图,不建议雷达图。
Fig. 5(c):输出功率和系统效率
横坐标为遮罩状态:
左轴:(P_{\mathrm{out}});
右轴:(\eta_{\mathrm{sys}})。
每个数据点带误差棒。
Fig. 5(d):均匀性和流动代价
建议同时展示:
热端最大温差 (\Delta T_{h,\max});
热端温度变异系数 (CV_h);
压降 (\Delta p)。
若双纵轴太拥挤,可以仅画:
左轴:(\Delta T_{h,\max});
右轴:(\Delta p)。
(CV_h)放在正文或表格。
Table 4 遮罩状态的完整性能数据
建议列出:
遮罩状态 | (\bar T_h) | (\bar T_c) | (\Delta T) | (\Delta T_{h,\max}) | (CV_h) | (P_{\mathrm{out}}) | (\eta_{\mathrm{sys}}) | (\Delta p) | (T_{\mathrm{ex}}) |
|---|
由于3.2涉及指标很多,表格有必要。图中展示趋势,表中提供精确值。
四、3.3 Coupled effects of swirl and the recirculation shield
这是全文最重要的一节,不能只用普通柱状图。必须让读者直接看到“交互作用”。
建议使用四个工况:
工况 | 遮罩 | 旋流 |
|---|---|---|
C0 | 无遮罩 | 0° |
C1 | 无遮罩 | 45° |
C2 | 全闭合 | 0° |
C3 | 全闭合 | 45° |
Fig. 6 旋流—遮罩耦合作用
Fig. 6(a):四种组合下的热端温度分布
横坐标:
T1;
T2;
T3;
T4。
四条曲线分别对应C0–C3。
该图说明:
单独旋流是否改善温度;
单独遮罩是否改善温度;
两者同时使用是否产生明显均温效果。
Fig. 6(b):输出功率交互作用图
横坐标:
无遮罩;
全闭合。
两条线:
0°;
45°。
纵坐标:
[ P_{\mathrm{out}} ]
如果两条线明显不平行,说明存在交互作用;若发生明显分叉,交互作用更强。
Fig. 6(c):热端温度不均匀性交互作用图
横坐标和图例与Fig. 6(b)相同,纵坐标使用:
[ \Delta T_{h,\max} ]
或者使用 (CV_h)。
建议优先用最大温差,因为物理含义更直接。
Fig. 6(d):平均热端温度与效率
可以采用分组柱状图,展示四种组合的:
平均热端温度;
系统效率。
这一幅不是绝对必需,但可以说明“均匀性改善并非以牺牲平均温度为代价”。
Table 5 双因素方差分析
如果每个工况重复3次,建议加入:
响应变量 | 遮罩主效应p值 | 旋流主效应p值 | 遮罩×旋流交互项p值 |
|---|---|---|---|
输出功率 | |||
系统效率 | |||
热端最大温差 | |||
平均热端温度 |
如果样本量不足,不必强行做ANOVA,可以只计算交互增益:
[ \Delta P_{\mathrm{int}}
P_{C3}-P_{C2}-P_{C1}+P_{C0} ]
但正式发表时,3次独立重复加双因素ANOVA会明显增强说服力。
五、3.4 Effects of input power and safe operating range
统一采用已确定的最优结构和固定负载。
Fig. 7 输入功率对系统性能和安全性的影响
建议设置四幅子图。
Fig. 7(a):冷热端温度随输入功率变化
横坐标:
[ P_{\mathrm{in}};(\mathrm{W}) ]
纵坐标:
(\bar T_h);
(\bar T_c);
(\Delta T_{\mathrm{TEM}})。
Fig. 7(b):输出功率与系统效率
横坐标为输入功率:
左轴:输出功率;
右轴:系统效率。
这张图用于说明:
功率是否持续增加;
效率是否出现平台;
1700 W是否真正为综合最佳工况。
Fig. 7(c):热端温度均匀性
绘制:
热端最大温差;
(CV_h)。
若数据表明旋流—遮罩结构在高输入功率下仍维持低温差,这将成为文章的重要结果。师兄数值论文也是将宽输入功率下的热端均匀性作为核心性能之一。
Fig. 7(d):最高热端温度与安全边界
纵坐标:
[ T_{h,\max} ]
图中添加一条水平虚线,表示TEM厂家给出的最大连续工作热端温度。
这里不能自行假定250 ℃为安全限值,必须查你实际TEM的数据手册。若数据手册只有“最大热面温度”,需要说明这是设备额定限值,不是你实验验证得到的破坏温度。
Compact TEG相关研究会将极限、持续安全和长期运行性能分开报告,这种区分很适合你的文章。
是否需要表格
通常不需要。输入功率数据点较规则,曲线足够。
若需要明确界定安全工况,可增加一个小表:
运行等级 | 输入功率 | 最大热端温度 | 输出功率 | 运行时间 |
|---|---|---|---|---|
常规 | ||||
连续安全 | ||||
峰值 |
六、3.5 Effect of equivalence ratio
因为目前没有污染物数据,这一节应集中于热电输出和温度分布,不要设计排放图。
Fig. 8 当量比对热电性能的影响
建议三幅子图。
Fig. 8(a):热端、冷端和平均温差
横坐标:
[ \phi ]
纵坐标:
(\bar T_h);
(\bar T_c);
(\Delta T_{\mathrm{TEM}})。
Fig. 8(b):输出功率和系统效率
左轴:(P_{\mathrm{out}});
右轴:(\eta_{\mathrm{sys}})。
直接确定最佳当量比。
Fig. 8(c):温度均匀性和烟气温度
建议绘制:
热端最大温差;
出口烟气温度。
这幅图有助于解释:
过稀时空气量增加,烟气携热损失是否增大;
接近理论当量比时是否出现局部热点;
最佳φ是否兼顾平均温度和均匀性。
是否需要表格
不必单独设表格,除非你后续恢复排放测量。没有排放数据时,一张三联图已经足够。
七、3.6 Energy flow and thermal utilization
这一节不能只放一个普通效率柱状图,最好使用Sankey图。
Fig. 9 能量流与热利用
Fig. 9(a):最佳工况Sankey图
输入端:
[ P_{\mathrm{in}} ]
输出分支:
电功率 (P_{\mathrm{out}});
冷却水吸热 (Q_{\mathrm{water}});
尾气显热 (Q_{\mathrm{exhaust}});
残余损失 (Q_{\mathrm{residual}})。
满足:
[ P_{\mathrm{in}}
P_{\mathrm{out}} + Q_{\mathrm{water}} + Q_{\mathrm{exhaust}} + Q_{\mathrm{residual}} ]
没有烟气成分和燃烧效率时,最后一项只能称为:
residual loss;
unaccounted heat loss。
不能直接称为“不完全燃烧损失”。
Fig. 9(b):基础结构与优化结构能量分配对比
建议使用100%堆叠柱状图,对比:
无遮罩+0°;
全闭合+45°。
柱状图分为:
电能;
冷却水热量;
尾气热量;
残余损失。
这样可以直接证明优化结构是否:
增加了进入TEM和冷却水通道的热量;
减少了尾气带走的热量;
改善了整体热利用。
Applied Energy参考文章也通过能量流判断侧壁热损失和尾气热损失的改进潜力,而不是只报告输出功率。
Table 6 能量平衡
建议列出:
工况 | (P_{\mathrm{in}}) | (P_{\mathrm{out}}) | (Q_{\mathrm{water}}) | (Q_{\mathrm{exhaust}}) | (Q_{\mathrm{residual}}) | 能量闭合误差 |
|---|
表格中同时给出W和百分比。
八、3.7 Long-term stability and parasitic power consumption
这一节要把“能否稳定工作”和“净输出是否仍有竞争力”分开回答。
Fig. 10 长期稳定性和寄生功耗
Fig. 10(a):60 min温度变化
横坐标:
[ t;(\mathrm{min}) ]
纵坐标绘制:
平均热端温度;
平均冷端温度;
出口烟气温度。
如果T1–T4全部画出会过于拥挤,可在正文说明四点变化范围,主图只放平均值。
Fig. 10(b):输出功率和系统效率随时间变化
横坐标为运行时间,纵坐标:
(P_{\mathrm{out}});
(\eta_{\mathrm{sys}})。
建议同时给出:
60 min平均值;
最大波动;
标准差;
变异系数。
Fig. 10(c):寄生功耗和净输出
可以采用瀑布图或分组柱状图:
[ P_{\mathrm{gross}} \rightarrow -P_{\mathrm{pump}} \rightarrow -P_{\mathrm{blower}} \rightarrow -P_{\mathrm{controller}} \rightarrow P_{\mathrm{net}} ]
瀑布图比饼图更适合,因为它直接展示净功率的扣减过程。
Table 7 辅助设备功耗
设备 | 工作电压 | 工作电流 | 功耗 |
|---|---|---|---|
水泵 | |||
鼓风机 | |||
风扇 | |||
控制器 | |||
总寄生功耗 |
同时给出:
[ P_{\mathrm{net}}
P_{\mathrm{gross}}-P_{\mathrm{parasitic}} ]
以及:
[ \eta_{\mathrm{net}}
\frac{P_{\mathrm{net}}}{P_{\mathrm{in}}} ]
九、3.8 Compactness and comparison with previous TEGs
这一节建议采用“一张比较图+一张详细表”,不要只做一张满是文献名称的柱状图。
Fig. 11 紧凑性与已有TEG对比
Fig. 11(a):样机尺寸和质量边界
可使用:
样机照片;
长、宽、高尺寸标注;
核心发电单元;
含外壳样机;
完整辅助系统。
图中明确三个评价边界:
TEG core;
prototype;
complete system。
若Fig. 1已经充分展示尺寸,可以不再放Fig. 11(a),改成正文说明。
Fig. 11(b):质量比功率对比
横坐标可以是文献序号,纵坐标:
[ P_m=\frac{P_{\max}}{m}\quad(\mathrm{W/kg}) ]
但更推荐散点图:
横坐标:系统质量;
纵坐标:最大输出功率;
斜率或虚线表示等质量比功率;
你的研究用实心星形标出。
这种图比普通柱状图更能同时体现“轻”和“高功率”。
Fig. 11(c):体积功率密度对比
横坐标:
[ V;(\mathrm{L}) ]
纵坐标:
[ P_{\max};(\mathrm{W}) ]
同样用等体积功率密度虚线。
Fig. 11(d):单片TEM功率与系统效率
横坐标:
[ P_{\max}/N_{\mathrm{TEM}} ]
纵坐标:
[ \eta_{\mathrm{sys}} ]
这样可以判断高总功率是否只是因为使用了更多TEM,还是每片TEM的发电潜力确实得到释放。
参考研究指出,TEG横向比较应同时呈现热端、冷端温度、热收集和热电效率等关键数据,而不能仅比较总功率。
Table 8 文献对比表
建议包含:
文献 | 年份 | 燃料 | TEM数 | 输入功率 | 输出功率 | 系统效率 | 热端温度 | 质量 | 体积 | W/kg | W/L | W/TEM |
|---|
必须注意:
同一质量边界才能比较W/kg;
文献未给完整质量时标注“not reported”;
不要自行根据模糊图片估算体积;
系统效率必须确认分母是否为燃料低位热值输入;
输出功率必须确认是gross还是net。
十、最终推荐的主图和表格数量
Results and Discussion主图
图号 | 内容 | 所属章节 |
|---|---|---|
Fig. 4 | 负载曲线与重复性 | 3.1 |
Fig. 5 | 遮罩状态影响 | 3.2 |
Fig. 6 | 旋流—遮罩交互作用 | 3.3 |
Fig. 7 | 输入功率及安全边界 | 3.4 |
Fig. 8 | 当量比影响 | 3.5 |
Fig. 9 | 能量流与热利用 | 3.6 |
Fig. 10 | 长期稳定性与寄生功耗 | 3.7 |
Fig. 11 | 紧凑性及文献对比 | 3.8 |
即结果部分共8张主图,每张一般包含2–4幅子图。
Results and Discussion表格
表号 | 内容 |
|---|---|
Table 4 | 不同遮罩状态的完整数据 |
Table 5 | 双因素交互或ANOVA结果 |
Table 6 | 能量平衡 |
Table 7 | 寄生功耗 |
Table 8 | 文献性能对比 |
十一、正文排版时的放置原则
每节推荐采用以下顺序:
第一段说明实验条件和研究目的;
第二段首次引用图,例如“Fig. 5 shows…”;
紧接着放置图;
图后先描述直接结果;
再讨论物理机制;
精确数据较多时,在该节末放表格;
最后一段总结这一参数的最佳状态,并自然过渡到下一节。
不要出现:
图放在正文引用前;
同一数据同时用折线图和柱状图重复展示;
一节内连续放三四张小图但没有机制讨论;
温度、功率、效率全部使用不同横坐标范围;
柱状图没有误差棒;
双纵轴超过两个物理量。
最适合你这篇文章的最终视觉结构是:3.1建立电学边界,3.2展示遮罩单因素效果,3.3用交互图证明核心协同机制,3.4–3.5展示运行适应性,3.6–3.8完成系统级评价。
