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热电制冷器最佳工作状态的研究

作 者: 洪万亿
导 师: 李学来
学 校: 福州大学
专 业: 化工过程机械
关键词: 热电制冷器 热电效应 温度场 制冷性能 散热系数
分类号: TB651
类 型: 硕士论文
年 份: 2006年
下 载: 391次
引 用: 4次
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内容摘要


本文对热电制冷器的最佳工作状态参数及有关因素的影响进行了较系统的研究。在假设热电制冷的热端温度固定的条件下,得出热电制冷器在不同工况下的最佳工作参数并进一步求得在三类边界条件下的最佳工作参数;导出了电偶臂在电与热的偶合作用下传热微分方程,并对其进行解析求解:在考虑汤姆逊效应的影响下得出一类跟三类边界条件下传热方程的解析解,在忽略汤姆逊效应的影响下得出二类跟三类相的边界条件下传热方程的解析解。利用控制容积法对非稳态和稳态传热方程进行离散,并进行了数值模拟,得到了一定条件下电偶臂非稳态温度分布。通过数值计算详细讨论了稳态条件下冷、热端传热系数及电流等因素对热电制冷器制冷性能的影响,分析了在不同制冷量和不同工作电流下汤姆逊效应对温度场的影响,指出了设计中是否要考虑汤姆逊效应的工况条件。设计并建立了一台可同时模拟冷、热端变工况工作的热电制冷实验装置,对冷、热端传热状况对制冷器性能的影响进行了实验研究。结果表明,其影响规律与数值模拟结果吻合。

全文目录


摘要  2-3
Abstract  3-4
符号表  4-5
目录  5-8
第一章 绪论  8-14
  1.1 课题背景  8-10
  1.2 前人的工作  10-13
    1.2.1 热电材料方面的研究  10-11
    1.2.2 热电制冷器结构和性能的研究  11-12
    1.2.3 热电制冷技术的应用  12-13
  1.3 本文工作  13-14
第二章 热电制冷规律  14-21
  2.1 塞贝克(Seebeck)效应  14-15
  2.2 珀尔帖效应  15-17
  2.3 汤姆逊效应  17-18
  2.4 焦耳效应  18
  2.5 傅立叶效应  18-19
  2.6 金属的开耳芬关系式  19-21
第三章 热电制冷器最佳工况分析  21-33
  3.1 热电制冷的工况分析  22-26
    3.1.1 一般工况下  22-23
    3.1.2 最大制冷量状态  23-24
    3.1.3 最大制冷效率状态  24-25
    3.1.4 三类边界条件下热电制冷器的最佳工作参数  25-26
  3.2 热电制冷器的设计  26-27
  3.3 热电制冷器结构的优化与制造工艺的改善  27-30
    3.3.1 结构的优化  27-29
    3.3.2 热电制冷电堆工艺因素的改善  29-30
  3.4 热电制冷器热端主要的散热方式  30-33
    3.4.1 空气自然对流散热  30-31
    3.4.2 空气强迫对流散热  31
    3.4.3 水冷散热  31-32
    3.4.4 相变沸腾换热  32
    3.4.5 热管换热  32-33
第四章 热电制冷器的传热分析与求解  33-43
  4.1 基本传热方程的建立  33-38
    4.1.1 单级热电制冷单元  33-34
    4.1.2 热电堆的传热模型  34-35
    4.1.3 传热过程微分方程的建立  35-36
    4.1.4 边界条件  36-37
    4.1.5 传热方程解的封闭  37-38
  4.2 传热过程微分方程的解析求解  38-43
    4.2.1 考虑汤姆逊效应传热方程的解  38-41
    4.2.2 忽略汤姆逊效应传热方程的解  41-43
第五章 热电制冷器的数值分析  43-62
  5.1 有限体积法  43-44
  5.2 传热方程离散过程  44-48
    5.2.1 传热方程的离散  44-46
    5.2.2 边界条件的离散  46-47
    5.2.3 求解离散方程  47-48
  5.3 数值求解结果分析  48-56
    5.3.1 电臂温度场的瞬态分布  48-49
    5.3.2 冷、热端传热系数对制冷性能的影响分析  49-52
    5.3.3 不同冷、热端传热系数下的最佳工作电流  52-54
    5.3.4 冷、热端环境温度对制冷性能的影响  54-56
  5.4 汤姆逊热对电臂温度的影响  56-62
    5.4.1 不同制冷量时汤姆逊热的影响  57-60
    5.4.2 不同电流时姆逊热的影响  60-62
第六章 实验研究与分析  62-74
  6.1 实验目的  62
  6.2 实验平台设计  62-65
    6.2.1 选择合适的热电制冷片或热电堆  62-63
    6.2.2 测温仪器的选择  63-64
    6.2.3 温度的测量  64-65
  6.3 实验方案  65-66
    6.3.1 实验模型的建立  65
    6.3.2 实验的方法  65-66
  6.4 实验过程  66-67
    6.4.1 风冷实验  66
    6.4.2 水冷实验  66-67
  6.5 实验数据的处理  67-68
  6.6 实验结果分析  68-72
    6.6.1 散热强度对制冷器性能的影响  68-71
    6.6.2 实验结果与数值模拟的比较  71
    6.6.3 风冷和水冷的比较  71-72
  6.7 测量误差分析  72-74
结论  74-76
参考文献  76-79
致谢  79-80
个人简历  80

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 制冷工程 > 制冷机械和设备 > 制冷机
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