熱電制冷系統(tǒng)熱力學優(yōu)化分析及節(jié)能應用和開發(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)藥等領域?qū)囟染_控制的需求推動，以及新材料和其它相關技術(shù)的滲透和促進，為熱電制冷應用提供了新的發(fā)展機遇和動力，應用領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)的應用發(fā)展。論文通過深入系統(tǒng)的文獻研究，考察了近40年來，特別是近10年來熱電制冷應用技術(shù)的應用與發(fā)展現(xiàn)狀。

2、 論文對理想熱電制冷循環(huán)進行了熱力分析,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械壓縮制冷進行了循環(huán)機理比較，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的能級變化規(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、對實際熱電制冷系統(tǒng)進行了熱力學優(yōu)化分析計算，建立了無量綱穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)熱力學模型。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)的不可逆性進行了分析。論文分析了實際熱電制冷系統(tǒng)與壓縮式制冷系統(tǒng)在熱力學特性上的定性規(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)論對于指導實際熱電制冷系統(tǒng)的優(yōu)化設計，提高性能具有重要的準則意義。 建立了以水為熱媒的熱電制冷/熱泵實驗系統(tǒng)。探索了強化各環(huán)節(jié)傳熱，提高系統(tǒng)性能的實踐途徑，計算分析了冷、熱側(cè)傳熱面積的匹配對系統(tǒng)性能的影響。實驗內(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行了實驗研究：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，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，并進行了實驗研究。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，為實際熱電制冷/熱泵 系統(tǒng)的優(yōu)化設計和運行提供了新的實用準則。指出“溫度比值”比“溫差”

6、能更 準確地反映溫度條件對系統(tǒng)性能的制約。系統(tǒng)最佳工況點應為(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 驗研究，為熱電制冷/熱泵系統(tǒng)的傳熱強化提供了新的技術(shù)途徑。 （4）實驗研究為

7、實際熱電制冷系統(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，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，并對樣機性能進行了實驗研究，比 較普通電干衣機，樣機節(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)實條件下，系統(tǒng)優(yōu)化應著力于強化冷熱側(cè)傳熱，發(fā)展適用于 熱電制冷系統(tǒng)傳熱強化新技術(shù)，同時力求冷熱側(cè)傳熱達到最佳匹配。另外，適當 的能源回收措施對提高系統(tǒng)效率有特殊意義，系統(tǒng)應盡可能在小熱媒溫度比值和 工