熱電制冷系統(tǒng)熱力學(xué)優(yōu)化分析及節(jié)能應(yīng)用和開發(fā).pdf

1、以節(jié)能緊迫性和環(huán)保的迫切性為背景，由于電子、生物、醫(yī)藥等領(lǐng)域?qū)囟染_控制的需求推動(dòng)，以及新材料和其它相關(guān)技術(shù)的滲透和促進(jìn)，為熱電制冷應(yīng)用提供了新的發(fā)展機(jī)遇和動(dòng)力，應(yīng)用領(lǐng)域不斷向廣度和深度拓展。但熱電制冷技術(shù)的研究目前主要集中于高性能熱電制冷材料、制冷模塊結(jié)構(gòu)優(yōu)化的研究上，而系統(tǒng)優(yōu)化研究相對而言顯得很欠缺，制約著熱電制冷技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展。論文通過深入系統(tǒng)的文獻(xiàn)研究，考察了近40年來，特別是近10年來熱電制冷應(yīng)用技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展現(xiàn)狀。

2、 論文對理想熱電制冷循環(huán)進(jìn)行了熱力分析,理想熱電制冷循環(huán)是指不考慮外部傳熱熱阻的外可逆內(nèi)不可逆循環(huán)。論文對熱電制冷與機(jī)械壓縮制冷進(jìn)行了循環(huán)機(jī)理比較，二者能流載體（電子和制冷劑）在循環(huán)的基本物理過程和相應(yīng)的能級(jí)變化規(guī)律上表現(xiàn)出可類比性。 論文對熱電制冷、磁制冷、吸附制冷等環(huán)境友好制冷技術(shù)作了工作原理、熱力學(xué)特性、技術(shù)適用性以及發(fā)展現(xiàn)狀等方面的深入比較，熱電制冷比磁制冷、吸附制冷技術(shù)更成熟，適用更廣泛，更具有競爭力。 論文

3、對實(shí)際熱電制冷系統(tǒng)進(jìn)行了熱力學(xué)優(yōu)化分析計(jì)算，建立了無量綱穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)熱力學(xué)模型。并用該模型分析了優(yōu)值系數(shù)、熱媒溫度、電流、傳熱熱阻等參數(shù)變化對系統(tǒng)性能影響，以及各性能參數(shù)之間的相互制約關(guān)系。對系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)化、熱量傳遞各環(huán)節(jié)的不可逆性進(jìn)行了分析。論文分析了實(shí)際熱電制冷系統(tǒng)與壓縮式制冷系統(tǒng)在熱力學(xué)特性上的定性規(guī)律一致性，熱電制冷系統(tǒng)中有限速率熱交換、焦耳熱和傅立葉熱分別可與機(jī)械壓縮制冷系統(tǒng)中的不可逆?zhèn)鳠帷⒛Σ翐p失和熱漏損失相類比。理論分析得出的一

4、系列結(jié)論對于指導(dǎo)實(shí)際熱電制冷系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高性能具有重要的準(zhǔn)則意義。 建立了以水為熱媒的熱電制冷/熱泵實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。探索了強(qiáng)化各環(huán)節(jié)傳熱，提高系統(tǒng)性能的實(shí)踐途徑，計(jì)算分析了冷、熱側(cè)傳熱面積的匹配對系統(tǒng)性能的影響。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括：（1） 改變熱媒流量；（2） 改變電流大小和方向；（3） 改變熱媒溫差；（4）改變熱媒相對流向。對一種新型分體式平板型熱虹吸裝置進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究：包括熱虹吸裝置的結(jié)構(gòu)形式的選擇、熱虹吸工質(zhì)的選擇、最佳充液率的確

5、定、熱傳遞特性等，為熱電制冷系統(tǒng)的傳熱強(qiáng)化提供了新的技術(shù)途徑。 分析建筑熱水能耗，探討熱水器的未來發(fā)展方向，開發(fā)了水泵循環(huán)熱回收和分體熱虹吸熱回收兩種新型熱電熱泵快熱式熱水器的樣機(jī)，并作了節(jié)能性分析。開發(fā)了一種新型熱電熱泵烘干裝置，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。論文的創(chuàng)新性成果主要包括： （1）提出了“許可溫度比值”和“工況優(yōu)域”的概念，為實(shí)際熱電制冷/熱泵 系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和運(yùn)行提供了新的實(shí)用準(zhǔn)則。指出“溫度比值”比“溫差”

6、能更 準(zhǔn)確地反映溫度條件對系統(tǒng)性能的制約。系統(tǒng)最佳工況點(diǎn)應(yīng)為(εq)max，區(qū)別于傳統(tǒng) 理論的“最大產(chǎn)冷量工況”和“最大效率工況”概念。 （2）論文提出的“性能分布高峰區(qū)域”概念為熱電制冷/熱泵系統(tǒng)的節(jié)能應(yīng)用 開發(fā)提供了可行性理論依據(jù)。 （3）研制了一種新型分體式平板型熱虹吸傳熱裝置，對其熱傳遞性能作了實(shí) 驗(yàn)研究，為熱電制冷/熱泵系統(tǒng)的傳熱強(qiáng)化提供了新的技術(shù)途徑。 （4）實(shí)驗(yàn)研究為

7、實(shí)際熱電制冷系統(tǒng)的優(yōu)化，熱電節(jié)能裝置的開發(fā)研究提供了 基礎(chǔ)和參考數(shù)據(jù)。研制了兩種新型熱電熱泵快熱式熱水器樣機(jī)，比較傳統(tǒng)電熱水 器，分別節(jié)省電耗40﹪或38﹪以上。 （5）研制了一種新型熱電熱泵烘干裝置，并對樣機(jī)性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，比 較普通電干衣機(jī)，樣機(jī)節(jié)省電耗35﹪以上。 展望熱電制冷技術(shù)的發(fā)展未來，隨著全球性禁用CFCs 物質(zhì)，熱電制冷系統(tǒng)的 特殊優(yōu)勢再度受到人們關(guān)注，它為建筑環(huán)境分布

8、式制冷空調(diào)系統(tǒng)的開發(fā)提供了建 設(shè)性技術(shù)途徑，為低品位能源利用，廢熱回收，分散性建筑能耗的節(jié)省提供了新 思路，預(yù)期熱電冷卻的方法將成為電子元件冷卻的主流技術(shù)之一。在熱電材料優(yōu) 值系數(shù)受到限制的現(xiàn)實(shí)條件下，系統(tǒng)優(yōu)化應(yīng)著力于強(qiáng)化冷熱側(cè)傳熱，發(fā)展適用于 熱電制冷系統(tǒng)傳熱強(qiáng)化新技術(shù)，同時(shí)力求冷熱側(cè)傳熱達(dá)到最佳匹配。另外，適當(dāng) 的能源回收措施對提高系統(tǒng)效率有特殊意義，系統(tǒng)應(yīng)盡可能在小熱媒溫度比值和 工