论文题目: 热电制冷系统热力学优化分析及节能应用和开发
论文类型: 博士论文
论文专业: 供热,供燃气,通风及空调工程
作者: 罗清海
导师: 汤广发
关键词: 热电制冷,优值系数,电流,温度比值,热阻,热虹吸,能效
文献来源: 湖南大学
发表年度: 2005
论文摘要: 以节能紧迫性和环保的迫切性为背景,由于电子、生物、医药等领域对温度精确控制的需求推动,以及新材料和其它相关技术的渗透和促进,为热电制冷应用提供了新的发展机遇和动力,应用领域不断向广度和深度拓展。但热电制冷技术的研究目前主要集中于高性能热电制冷材料、制冷模块结构优化的研究上,而系统优化研究相对而言显得很欠缺,制约着热电制冷技术的应用发展。论文通过深入系统的文献研究,考察了近40年来,特别是近10年来热电制冷应用技术的应用与发展现状。论文对理想热电制冷循环进行了热力分析,理想热电制冷循环是指不考虑外部传热热阻的外可逆内不可逆循环。论文对热电制冷与机械压缩制冷进行了循环机理比较,二者能流载体(电子和制冷剂)在循环的基本物理过程和相应的能级变化规律上表现出可类比性。论文对热电制冷、磁制冷、吸附制冷等环境友好制冷技术作了工作原理、热力学特性、技术适用性以及发展现状等方面的深入比较,热电制冷比磁制冷、吸附制冷技术更成熟,适用更广泛,更具有竞争力。论文对实际热电制冷系统进行了热力学优化分析计算,建立了无量纲稳态系统热力学模型。并用该模型分析了优值系数、热媒温度、电流、传热热阻等参数变化对系统性能影响,以及各性能参数之间的相互制约关系。对系统能量转化、热量传递各环节的不可逆性进行了分析。论文分析了实际热电制冷系统与压缩式制冷系统在热力学特性上的定性规律一致性,热电制冷系统中有限速率热交换、焦耳热和傅立叶热分别可与机械压缩制冷系统中的不可逆传热、摩擦损失和热漏损失相类比。理论分析得出的一系列结论对于指导实际热电制冷系统的优化设计,提高性能具有重要的准则意义。建立了以水为热媒的热电制冷/热泵实验系统。探索了强化各环节传热,提高系统性能的实践途径,计算分析了冷、热侧传热面积的匹配对系统性能的影响。实验内容包括:(1)改变热媒流量; (2)改变电流大小和方向; (3)改变热媒温差; (4)改变热媒相对流向。对一种新型分体式平板型热虹吸装置进行了实验研究:包括热虹吸装置的结构形式的选择、热虹吸工质的选择、最佳充液率的确定、热传递特性等,为热电制冷系统的传热强化提供了新的技术途径。分析建筑热水能耗,探讨热水器的未来发展方向,开发了水泵循环热回收和分体热虹吸热回收两种新型热电热泵快热式热水器的样机,并作了节能性分析。开发了一种新型热电热泵烘干装置,并进行了实验研究。
论文目录:
摘要
Abstract
符号表
第1章 绪论
1．1 热电制冷技术的应用现状
1．1．1 大型热电制冷技术应用
1．1．2 小型热电制冷技术应用
1．1．3 微型热电制冷技术应用
1．1．4 热电制冷技术的新进展
1．1．5 热电制冷装置的经济性
1．2 课题的背景和意义
1．2．1 热电制冷技术与建筑节能
1．2．2 热电制冷技术与电子电路的冷却
1．2．3 热电制冷优化研究
1．3 课题研究的主要内容与创新
1．4 小结
第2章 理想热电制冷循环分析
2．1 理想热电制冷循环
2．1．1 热电制冷原理
2．1．2 理想热电制冷循环的热力学分析
2．1．3 许可温度比值
2．2 理想热电制冷循环极限工况分析
2．2．1 最大制冷效率工况下的参数计算
2．2．2 最大制冷量工况下的参数计算
2．2．3 不同极限工况之间的参量关系
2．2．4 偏离最佳条件的影响
2．3 热电热泵
2．4 关于热电优值系数的讨论
2．5 热电制冷与机械压缩制冷的循环机理比较
2．5．1 热电制冷循环机理
2．5．2 热电制冷与机械压缩制冷的循环机理比较
2．6 热电制冷与其它环境友好制冷技术的比较
2．6．1 吸附制冷技术
2．6．2 磁制冷技术
2．6．3 热电制冷与磁制冷、吸附制冷技术的比较
2．7 小结
第3章 实际热电制冷系统热力学优化分析
3．1 实际热电制冷系统稳态热力学模型
3．1．1 实际热电制冷系统稳态热力学模型
3．1．2 实际热电制冷系统的工况优域
3．2 优值系数对实际热电制冷系统性能影响分析
3．3 热媒温度比值和电流对热电制冷系统性能影响分析
3．3．1 电流和温差的相互关系
3．3．2 强制工况
3．3．3 热媒温度比值对系统性能影响分析
3．3．4 热媒温度比值和电流对系统性能的综合影响分析
3．4 热媒传热热阻对热电制冷系统性能影响分析
3．4．1 传热过程分析
3．4．2 冷、热侧热阻对系统性能的综合影响
3．4．3 单侧热阻变化对系统性能的影响分析
3．5 实际热电制冷与压缩制冷系统的不可逆热力学特性比较
3．5．1 实际压缩制冷系统的热力学特性
3．5．2 热电制冷与压缩制冷的热力学特性比较
3．6 小结
第4章 热电制冷/热泵系统实验研究
4．1 实验研究目的、内容
4．1．1 实验目的
4．1．2 实验内容
4．2 实验系统
4．2．1 热电模块和散热器集成
4．2．2 电源转换及控制
4．2．3 管路联结及测试仪器
4．3 实验结果及其分析
4．3．1 改变冷侧流量
4．3．2 改变热侧流量
4．3．3 改变冷侧进水温度
4．3．4 改变输入电流(功率)
4．4 小结
第5章 热电制冷/热泵系统近室温节能应用和开发
5．1 热水器未来发展的一个主题与两个方向
5．1．1 节能是热水器发展的永恒主题
5．1．2 热水器发展的两个方向
5．1．3 面临的问题
5．2 一种水泵循环热回收型热电热泵热水器的研制
5．2．1 工作原理描述
5．2．2 样机性能优化措施
5．2．3 热水器样机性能测试
5．2．4 节能性分析
5．2．5 几点讨论
5．3 分体式平板型热虹吸装置的实验研究
5．3．1 近室温条件下与工业应用的差异
5．3．2 热虹吸管形式的选择
5．3．3 热虹吸装置的材料选择
5．3．4 热虹吸工质充液量的确定
5．3．5 热虹吸装置的性能测试
5．4 热虹吸热回收型热电热泵热水器的研制
5．4．1 工作原理描述
5．4．2 样机性能优化措施
5．4．3 热水器样机性能测试
5．4．4 几点讨论
5．5 热电热泵干衣机的研制及实验研究
5．5．1 背景及其意义
5．5．2 热电热泵干衣机的工作原理
5．5．3 电路设计
5．5．4 热电热泵干衣机样机实验研究
5．5．5 几点讨论
5．6 小结
结论与展望
参考文献
致谢
附录(攻读学位期间所发表的学术论文、获得的专利目录)
发布时间: 2006-05-10
参考文献
- [1].实际热电制冷系统的动态特性及热—电转换过程研究[D]. 毛佳妮.华中科技大学2013
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