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。     

冷/热端散热对半导体冷藏箱性能的影响

研究了水冷式半导体冷藏箱冷端和热端传热对冷藏箱性能的影响.通过试验及计算,分析了冷藏箱性能与冷端风扇电压及热端冷却水温度的关系.冷端传热强化后,冷藏箱的耗电量几乎不变,制冷量和制冷系数增加,制冷温度及热端、冷端温度差降低,制冷性能上升.热端冷却水温度降低,耗电量、制冷量及制冷系数增加,制冷温度降低,半导体的热端、冷端温度差减小,运行性能提高.研究结果可为通过改善半导体冷端和热端传热提高半导体冷藏箱的性能提供试验和理论依据.     

冷/热端散热对半导体冷藏箱性能的影响

研究了水冷式半导体冷藏箱冷端和热端传热对冷藏箱性能的影响.通过试验及计算,分析了冷藏箱性能与冷端风扇电压及热端冷却水温度的关系.冷端传热强化后,冷藏箱的耗电量几乎不变,制冷量和制冷系数增加,制冷温度及热端、冷端温度差降低,制冷性能上升.热端冷却水温度降低,耗电量、制冷量及制冷系数增加,制冷温度降低,半导体的热端、冷端温度差减小,运行性能提高.研究结果可为通过改善半导体冷端和热端传热提高半导体冷藏箱的性能提供试验和理论依据.     

温差发电器的传热特性分析与实验研究

采用热网络分析法分析了温差发电器冷端采用空气自然对流、强制对流以及水冷等3种不同散热方式时的传热特性,并进行了实验研究.结果表明:与空气自然对流相比,空气强制对流和水冷散热方式强化了散热器翅片与环境之间的传热,降低了发电器冷端的温度和热阻,发电器中的主要热阻由自然对流时的散热器翅片与环境间的对流换热热阻变为温差电组件与...     

基于ANSYS Workbench软件的半导体制冷器性能模拟研究

利用ANSYS Workbench数值模拟软件研究了输入电压、热端温度、半导体单元属性、半导体电偶臂及级间绝缘材料属性等因素对二级半导体制冷器冷端温度、冷端冷量及制冷系数等性能的影响.研究表明:在一定范围内,保持半导体制冷器热端温度不变,冷端温度随着输入电压的增大而递减;保持输入电压不变,冷端温度随着热端温度的升高而递增;保持输入电压和热端温度不变,冷端冷量随着冷端温度的升高而递增;在冷端温度、热端温度一定时,制冷系数ε随着输入电压的增大而迅速减小;半导体单元高度的增加和单元间距的减小都可以使冷端达到更低温度;随着半导体电偶臂及级间绝缘材料属性即热导率、高度的增加,冷端温度均呈递增趋势.模拟结果与实验数据对比显示,两者具有较好的吻合性.     

基于二维非绝热模型的脉管损失机理研究

基于CFD方法建立80~300 K温区脉管的二维非绝热模型,对不同体积脉管膨胀效率进行模拟计算。根据脉管内的温度分布特性,分析脉管体积与其热损失的内在联系。研究结果表明:脉管的最佳体积应取冷端扫气容积的10~11倍,而不是传统绝热模型给出的3~5倍,实际脉管管壁与气体间非绝热损失的存在使得脉管要达到较高的膨胀效率需采用更大的体积;脉管体积直接影响管壁和管内气体的温度分布,从而影响管壁与气体间的热损失以及气体自身温度不均匀产生的热损失;若对脉管进行一维或绝热假设忽略脉管热损失的影响,则会使脉管尺寸的设计值偏离实际最佳值。     

超临界压力水在水平同心套管间自然对流换热研究

通过数值计算深入分析了超临界压力条件下水的强烈的物性变化及对流换热的边界条件对水平同心套管间自然对流换热的影响规律,并为高新技术的发展提供一定的理论基础。采用求解原始变量的有限差分法,并利用大型通用计算程序ＰＨＯＥＮＩＣＳ,对控制方程组进行了数值求解。分析了在内、外管表面均为等壁温边界条件或内管为常热流、外管为等壁温边界条件下,同心套管间的流场和温度场;研究了强烈的变物性、内外表面温差及内管壁面上的热流密度等对内、外管壁上自然对流换热系数的影响规律。结果发现：在内管表面热流密度相同的条件下,不同的外管表面温度所对应的内、外管表面温差及对流换热系数有比较大的差异;在某些条件下,随着热流密度的升高,尽管套管内自然对流流速增大,但是自然对流换热能力却下降。     

热电偶测温中冷端温度补偿电桥的改进

热电偶是测量温度时最常用的传感器。由热电偶测温原理可知,只有在冷端温度保持恒定的情况下,热电偶的热电势才是热端温度的单值函数,才能正确反映热电偶热端温度（被测温度）的数值。在实际应用时,冷端温度常随环境温度的变化而变化。为了消除冷端温度变化对测量精度的影响,必须进行冷端温度补偿。冷端温度补偿的方法很多,补偿电桥是最基本、最常用的方法。本文就目前我国许多补偿电桥生产厂家所生产的补偿电桥所存在的问题提出了改进方法,来提高冷端温度的补偿精度。 1电桥补偿原理及存在问题 1.1电桥补偿原理 　　补偿电桥法是利…     

水平环状扇形通道内自然对流的数值计算

对水平放置环状扇形通道在内、外管壁为恒热、冷温度，及两侧壁为绝热的边界条件下件下自然对流换热的数值计算，得出了偏转角、扇角、半径比及Ｒａ数对当量导热系数Ｋ∞的影响，基本揭示了各种环状扇形通道内的自然对流换热规律，对工程实际应用有很强的指导意义。     

热端温度对热声发动机性能影响的数值研究

建立场协同模型,采用计算流体动力学(CFD)方法,对1/4波长驻波热声发动机进行二维数值模拟研究,分析不同热端温度下系统内声功率的变化情况以及板叠与气体工质间的对流传热特性。研究结果表明:波动压力与体积流率幅值随着热端温度的升高而不断增大,相位差随着热端温度的升高呈下降趋势,特定结构的热声发动机对应使系统声功输出最大的最佳热端温度;随着热端温度的升高,板叠与气体工质间的换热量也不断增大,且发现声功率并不与热流量成正比,板叠存在着固定吸热与放热区域。     

超临界混合流体自然对流的三维数值模拟

针对三维矩形腔体中超临界氮氩混合流体的Rayleigh-Bénard对流进行了数值模拟,研究了活塞效应、Soret效应和Dufour效应在自然对流发生发展过程中所产生的影响.结果显示:3种效应作用下自然对流可分为稳定边界层、对流产生和发展、稳定对流3个阶段.活塞效应在稳定热边界层时期发挥主导作用并促进对流发生,形成双热边界层结构.受温度梯度驱动Soret效应引起组分定向迁移,产生Dufour效应促进能量输运.与拟纯流体对比后发现,自然对流发展阶段混合流体中Soret和Dufour效应具有促进流动增强换热的效果.     

相变储能型太阳能真空集热管运行特性研究

为了解相变储能型太阳能真空集热管的运行情况,对不同工况下单根真空管的运行情况以及三根真空管串联运行的情况进行实验研究,实验主要分为吸热和放热两个阶段.单根真空管运行的研究结果表明,吸热阶段,晴天和多云工况下,日平均集热效率能够达到30％～45％;阴天工况下的日平均集热效率很低,只有6％左右,且在吸热过程中由于U型铜管中...     

A separate two-stage pulse tube cooler working at liquid helium temperature

A novel 4 K separate two-stage pulse tube cooler (PTC) was designed and tested. The cooler consists of two separate pulse tube coolers, in which the cold end of the first stage regenerator is thermally connected with the middle part of the second regenerator. Compared to the traditional coupled multi-stage pulse tube cooler, the mutual interference between stages can be significantly eliminated. The lowest refrigeration temperature obtained at the first stage pulse tube was 13.8 K. This is a new record for singlestage PTC. With two compressors and two rotary valves driving mode, the separate two-stage PTC obtained a refrigeration temperature of 2.5K at the second stage. Cooling capacities of 508mW at 4.2K and 15W at 37.5K were achieved simultaneously. A one-compressor and one-rotary valve driving mode has been proposed to further simplify the structure of separate type PTC.     

低Re数流动条件下翅片管束换热及阻力特性的研究

实验发现,与光管管束类似,随Re数增加圆翅片与椭圆翅片管束亦先后呈现3种不同的流态,即层流、混合流和紊流,相应的有3种不同的换热机制和规律。在低Re数时,换热由层流或混合流机制所控制。目前,工程中用紊流区的换热与阻力规律向下延伸,用于设计运行于低Re数工况的自然抽风空冷器将导致设计的失败。实验表明,在自然抽风空冷器操作条件下,对于同样的换热系数,椭圆翅片管的压降比国翅片管低45%左右,采用椭圆翅片管将取得较明显的经济效益。实验还发现,来流气流不均匀性对自然抽风空冷器的平均换热特性几乎没有影响,因此对吸风入口型线的设计可以大大放低要求。     

竖环形夹层内自然对流换热的实验研究和数值计算

作者对两端封闭且绝热、外管表面为等温边界条件、内管表面为不同热边界条件下的竖环形夹层内的自然对流换热进行了数值计算和部分实验研究。在实验模型中,加热管内表面维持为等热流边界条件。文中对四种加热管的边界条件进行了数值计算,给出了实验研究与数值计算的结果,分析了不同边界条件对于换热及加热管壁面温度分布的影响。在耦合问题的数值计算中,采用了双块修正技术,保证了迭代计算的收敛性。数值计算的结果同前人的研究和本文的实验结果的符合程度是令人满意的。     

半导体制冷效率及空间冷量传递特性试验研究

半导体制冷效率的大小取决于热电堆冷热端的温差,而强化热端的散热与强化冷端的冷量散发有利于降低热电堆冷热端的温差,从而提高半导体的制冷效率。本文探讨了由半导体冷端提供准量进行制冷的空间温度在自然对流和强制对流状态下随时间变化的规律。结果表明强制对流有助于冷量的传递和制冷效率的提高。     

管内流体温度对给热系数影响的实验研究

在对管内流体与管壁的对流传热过程研究及工程应用中,对流给热系数(h)是一个重要的参数,给热系数h大小主要取决于流体的物性参数及流动状态。本文针对管内流体在非常缓慢流动,且流动状态不变条件下,实验研究了流体温度对给热系数的影响。得出管内流体在雷诺数Re=6下的给热系数h受到了流体温度的显著影响;流体温度升高,给热系数增大。管内流体的给热系数h与流体温度T呈拟线性关系,具体的实验数学模型为:h(T)=-18.89 0.8783T。     

双辐射室裂解炉不同横跨段结构实验及数值模拟

双辐射室裂解炉采用两个辐射室共用一个对流段的结构，在一侧辐射室正常生产而另一侧进行烧焦操作时，对流室烟气的偏流和回流会引起对流炉管的受热不均，局部对流炉管传热能力下降。通过冷模实验和数值模拟分析了双辐射室裂解炉原水平横跨段结构、倾斜横跨段结构和桥墙结构对对流室底部烟气流动的影响。结果表明，倾斜横跨段结构和对流室底部增设桥墙结构对对流室烟气的偏流和回流具有明显的改善作用，烟气在对流室的偏流率由原来的50.08%分别降为24.39%和2.44%，烧焦一侧对流室的温度也有较大程度地降低。     

强化传热管内的自然对流沸腾换热

对普通缩放管、改型缩放管和光滑管进行了自然对流沸腾换热的实验研究,得到了这三种传热管的沸腾换热系数与热流密度的关系、实验结果表明,普通缩放管和改型缩放管的自然对流沸腾换热系数分别是光滑管的1．06倍和1．25倍,改型缩放管的自然对流沸腾换热系数比普通缩放管提高18％,并分析了改型缩放管比普通缩放管沸腾换热性能好的原因。该改型缩放管特别适用于自然对流沸腾换热的场合。     

管母线损耗发热状况多物理场分析计算

为深入研究管母线损耗发热问题,在综合考虑管母线电阻率温度效应、自然对流和辐射换热等影响因素的基础上,建立了管母线二维多物理场有限元计算模型。分析了管母线温度场的分布规律,并运用红外热像仪对管母线的实测数据进行对比。结果表明:管母线温度沿管壁径向逐渐降低,下降趋势逐渐增加,管母线热通量沿管壁径向线性增加。管母线温度随着环境温度增加而增加。与实测结果对比发现,综合考虑对流和辐射换热的计算结果与实测结果非常接近,进一步验证了仿真计算方法的正确性,为管母线的结构改造、设计选型以及实际运行实时温度检测提供参考。