热电热泵在非设计工况条件下的性能分析

采用直流电源模拟太阳能电池板输出不稳定电压驱动热电热泵工作,通过实验测试研究了在连续长时间工作、电压跳跃变化和极限电压工况下,热电热泵冷端温度T c、热端温度T h、冷热端温差T d的变化对其制冷/制热的性能系数(COP)的影响。结果表明,在适宜的电压范围内,热电热泵的制冷速度快、工作性能稳定且能够长时间连续工作,而制热效果明显优于制冷效果,制热效率(E h)平均高于制冷效率(E c)约0.8;热电热泵的最佳工作电压区间为2~4 V,此时的冷端温度低、制冷量大、COP值在理想范围(E c=0.87~1.89,E h=1.75~2.75);随着工作电压增高,热电热泵的冷热端温差增大,COP值减小,当电压大于8V后,冷热端温差大于45℃,COP值降至最小,工作性能较差。     

热电热泵在非设计工况条件下的性能分析

 采用直流电源模拟太阳能电池板输出不稳定电压驱动热电热泵工作,通过实验测试研究了在连续长时间工作、电压跳跃变化和极限电压工况下,热电热泵冷端温度T_c、热端温度T_h、冷热端温差T_d的变化对其制冷/制热的性能系数（COP）的影响。结果表明,在适宜的电压范围内,热电热泵的制冷速度快、工作性能稳定且能够长时间连续工作,而制热效果明显优于制冷效果,制热效率（E_h）平均高于制冷效率（E_c）约0.8;热电热泵的最佳工作电压区间为2~4 V,此时的冷端温度低、制冷量大、COP 值在理想范围(E_c=0.87~1.89,E_h=1.75~2.75);随着工作电压增高,热电热泵的冷热端温差增大,COP 值减小,当电压大于8V 后,冷热端温差大于45℃,COP 值降至最小,工作性能较差。     

热电热泵低温热水装置的实验研究

对一台空气源热电热泵低温热水装置在不同工作条件下的性能进行了实验研究.研究结果表明:随着工作电压升高,制热系数减小,但热水加热时间会缩短;在环境温度较低时,随着热水温度的升高,冷端吸热量有可能减少,而在环境温度较高时,冷端吸热量随着热水温度的升高而一直增大;环境温度越高,冷端温度也就越高,冷热端温差就越小,制热系数就越大;在电压为117 V、热水温度为35℃、环境温度为30℃时的制热系数为1.68,而环境温度为5℃时的制热系数仅为1.22.此项研究可为热电热泵热水装置的设计和应用提供参考.     

主动式相变储热装置蓄/放热特性实验

针对一种主动式热电热泵相变蓄热装置,在不同工作电压和不同热源温度下测试其蓄热和放热性能。实验结果表明,在不同工作电压和不同热源温度时,该装置的蓄/放热时间以及蓄/放热效率有很大差异。在工作电压较高,余热热源温度较高的情况下,该装置蓄热所需时间较短;此时继续增加工作电压会导致半导体芯片冷热端温差变大而降低该装置的制热系数。对比被动式相变蓄热装置,该装置最大的优越性在于工作电压的可调性,在合理的范围内调整工作电压大小,可以保证其较高的蓄/放热性能,同时克服了被动式相变蓄热装置在低温余热回收过程中无法改善热能供需双方在时间、地点和强度上不匹配性的缺点。     

电动汽车空调制热系统设计及研究

针对纯电动汽车空调系统制热功耗高且低温环境工况下制热效果差的问题,提出一种通过回收电机余热为乘客舱制热来减少制热功耗的空调系统.运用AMESim软件建立了电机余热循环系统模型并通过电机余热制热试验验证了该模型的准确性,建立了热泵空调制热系统模型并通过热泵空调制热试验验证了该模型的准确性,结合两个系统建立了带有电机余热回收的热泵空调系统仿真模型,分析了电机余热制热性能和电机余热辅助热泵空调制热性能.试验结果表明,电机余热单独制热在中等车速、环境温度高于10℃的工况下能够满足制热需求;电机余热辅助热泵空调制热能够有效提高制热效率,在电机转速为3000 r/min、压缩机转速为4000 r/min、环境温度为-5℃的工况下,等效制热能效比能够达到3.4,比同工况下热泵空调单独制热模式的能效比提高了约48％.该系统可以有效提高纯电动汽车的能源利用率,改善空调系统的制热性能.     

电子设备热电散热器的节能优化研究

{针对环境温度对热电散热器性能影响很大的特点,对采用热电制冷系统冷却的户外电子设备散热器进行了数值模拟研究,并得出了用于设计户外电子设备热电散热器的冷热端最优热导分配比.模拟结果表明:当室外月平均气温为0~40℃时,散热器最优热导分配比为0.42~0.54;系统散热器的总热导值从30W·m/K增至50W·m/K,单片热电制冷片所承担的冷负荷从20W增至30W的情况对散热器的最优热导分配比取值影响很小.     

热电制冷的有限元模拟

影响热电制冷器性能的主要因素有热电材料、冷热端强化散热方式等,利用数值模拟技术对冷热端不同散热方式:双自然对流、冷端自然对流热端强制对流以及冷端与人体接触热端强制对流的工况下,热电偶内部通过的电流对冷端温度的影响进行分析。对比有限元模拟结果与实验结果,从中找出与理论计算产生误差的原因及实验存在的问题,得出有限元模拟技术在热端制冷器温度控制方面的可预测性。     

不同热端温度对低温热电制冷试验箱制冷性能的影响

为优化低温热电制冷试验箱的制冷效率及降低其冷热端温差,理论计算了热电制冷片热端温度为56.18℃和27.31℃时电流、电压、冷热端温差对试验箱制冷性能的影响。建立了三维数学传热模型,模拟了3种热电制冷片布置方式对制冷箱温度分布的影响。结果表明：当热端温度由56.18℃降至27.31℃时,低温热电制冷试验箱的制冷量由150.2 W降至139.5 W,制冷系数由4.41降至3.09,冷凝温度由-22.30℃降至-41.90℃。可见,热电制冷片热端温度的降低能够获得更低的冷凝温度,较高的热端温度拥有较好的制冷性能。     

基于电热模拟法的芯片热管散热器传热研究与仿真

运用电热模拟法对一种热管式芯片散热器的各项传热热阻进行分析,建立了该热管散热器在强制风冷条件下的电网络传热模型,导出了总传热能力的理论计算公式;运用CFD软件ICE-PAK对某一设计计算实例进行仿真,模拟结果与理论值基本吻合,验证了所建电网络模型的基本合理性。     

大功率LED工矿灯重力管散热器的传热性能研究

LED具有环保、节能、体积小、使用寿命长等诸多优点,开始逐步取代传统光源.但是,目前LED的电光转换效率较低,工作中约有80%电能转化为热能.随着功率密度和集成度的增加,传统的冷却技术已难以满足其散热要求,散热问题已大大阻碍了LED照明的发展.针对上述问题文章研制了一种一体化重力管翅片散热器,并应用于大功率LED工矿灯.对散热器进行了性能测试,实验结果表明:不同功率下,重力管散热器启动性能良好,达到稳态的时间几乎都为36 min;散热器具有良好的均温性能,热端最大温差为3.19℃,冷端最大温差低于3℃.传热过程中,翅片热阻占总热阻的比例最大;实测加热器中心点温度都在83℃以下.     

Experimental Study of Thermoelectric Heat Pump Water Heater with Exhaust Heat Recovery from Kitchens

A new kind of thermoelectric heat pump water heater for kitchens exhaust heat recovery was pre-sented,and its performances were investigated under different operating voltages.The experiment results show that the coefficient of performance decreases and the temperature difference between the hot and cold sides be-comes larger with the increase of the operating voltage,but the heating time becomes short.The higher the temperature of water,the greater the temperature difference between the hot and cold sides,leading to a smaller eoeffieient of performance.Under an exhaust temperature of 36℃,the coefficient of performance decreases from 1.66 tO 1.22 when the temperature of water increases from 28℃to 46℃with operating voltage 16 V.Performance tests illustrate that,compared with the conventional electrical water heaters,the new kind of ther-moelectric heat pump water heater is more coefficient.     

接触压力对温差发电系统性能的影响

基于自行搭建的温差发电系统性能测试平台,以温度、开路电压、内阻、最大输出功率作为性能参数,研究接触压力对温差发电系统性能的影响规律.研究结果表明:在温差发电系统冷、热端温度均相同的情况下,接触压力增大,则系统开路电压和最大输出功率增大,但增大的幅度随压力的增大而逐渐减小;在温度一定的情况下,接触压力的大小对温差发电片内部的接触电阻影响不大;接触压力对温差发电系统冷、热端温度的瞬态响应特性影响不大,但对系统开路电压的瞬态响应特性影响很大,接触压力增大,则开路电压的瞬态响应速率加快.研究结果证明接触压力对温差发电系统的性能具有显著的影响.     

CO2热泵热水器实验研究

为提高热泵热水器的效率,扩大CO2跨临界循环的应用领域,建立了CO2热泵热水器实验系统．实验结果表明：该系统在不同季节工况下均可正常运行,且均能制取出较高温度的热水,但在夏季工况运行时的性能系数和水流量均最高;从健康角度考虑,当该系统运行于夏季工况,且出水温度达到65℃时,性能系数在3．45以上;若系统冷量同时被利用（即空调热水两用机）,其综合性能系数可达5．9．可见,CO2热泵热水器在制取热水方面具有独特的优势,从能量利用角度分析,CO2空调热水器两用机在夏季运行时有很好的经济性．     

温差电器件的传热分析

温差电器件是热电转换系统的核心部件。为了提高热电转换系统的效率并优化其输出功率和电压,详细分析了温差电器件的热阻网络,根据热电效应、热力学与电学理论建立了温差电器件的传热模型。利用此模型可以分析温差电器件的结构对其输出功率、电压及效率的影响,并着重分析了热电偶的长度和截面积对温差电器件性能的影响。通过数值分析表明,其功率随着热电偶的长度的减小和截面积的增大而明显增大,而最大热电转换效率逐渐缓慢减小。这可以为温差电器件或各种热电转换系统的优化设计提供参考与指导。     

半导体制冷技术的研究现状及发展方向

半导体制冷技术是一门以热电制冷材料为基础的新兴制冷技术.通过阅读大量文献,从热电材料、结构设计、冷热端散热方式3个方面对半导体制冷技术近年来的研究热点和成就进行了总结和论述,并指出了半导体制冷技术的发展方向.热电材料决定了优值系数Z,可以从根本上提高材料的制冷性能,但研究难度较大,发展缓慢;优化结构设计可以有效地提高制冷单元的实际性能系数,重点在于优化尺寸因子G和热电阻,缺点是实际加工工艺复杂;减小热电偶冷热端的温差有利于提高制冷量,可以大幅提高制冷系数,有效的散热方式是提高半导体制冷效率的重要因素.     

一种太阳能与空气源双热源热泵系统的性能研究

针对单一空气源热泵和单一太阳能热水器的不足,提出太阳能-空气源双热源热泵系统,分析了太阳辐射强度对系统运行的影响.通过太阳能辅助热泵与空气源热泵运行对比实验得出,在整个加热过程中,太阳能辅助热泵系统的系统运行性能和加热水速率均优于空气源热泵系统.太阳能辅助热泵系统的性能系数COP平均值约为单一空气源热泵系统的3倍.在冬季环境温度较低情况下,太阳能辅助热泵相对于空气源热泵具有明显优势.     

内燃机排气余热回收温差电单偶的模拟分析

选取Bi2Te3和CoSb3两种温差电材料对温差电单偶建立了数学模型,导出温差电单偶的功率和效率计算公式,分析冷热端陶瓷片表面温度、温差电单偶长度以及表面对流传热系数对温差电单偶性能的影响,并对比两种材料在相同条件下的性能.分析结果表明:提高热面温度、降低冷面温度、缩短温差电单偶的长度和提高热表面对流传热系数均可以提高温差电单偶的最大输出功率,但最大转换效率却不能随之持续增大,缩短温差电单偶的长度甚至会使最大转换效率降低.两种材料的温差电单偶相比较,Bi2Te3材料制成的温差电单偶更适用于对600,K以下的低温热量进行回收,而CoSb3材料制成的温差电单偶则更适用于对内燃机排气等700,K以上的中高温热量进行回收.     

季节性蓄存空气热能的地源热泵空调系统模拟

针对寒冷地区长期应用地源热泵系统出现的热平衡问题,提出了季节性蓄存环境空气热能的地源热泵供暖空调系统.介绍了该系统的组成及运行模式,建立了系统中各部分的数学模型,确定了系统的运行控制策略,并在此基础上,以哈尔滨地区某办公建筑为对象进行了瞬态数值模拟.由模拟结果可知,该系统能够保持土壤温度场以年为周期的热平衡,全年供暖空调平均性能系数为2.44,与燃煤锅炉供暖和分体空调供冷方案相比,该系统节能率为22.3%.     

太阳能热泵热水装置试验研究与应用分析

研制了一种将热泵与太阳能热水器结合的太阳能热泵空调热水器装置,对正在进行试验研究的太阳能热泵空调热水器一体装置的基本原理和构成进行介绍,并对其在热泵制热水模式下的运行工况进行了实验研究.实验结果得到能效比最大可达3.85,平均在3.0以上.并分析讨论了各种参数变化对系统的影响,在此基础上做出了该装置的耗能分析.与其他类型的热水器进行了经济性比较,数据结果表明该热水器装置更为经济.