热电热泵展柜的研制和性能分析

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热电制冷在小冷量、特殊工程条件下,具有特殊的的无污染、无转动部件、长寿命、结构简单、可控性强等优点,在很多领域具有一般制冷技术无法替代的作用。文物保存对温度、湿度、光照、有害气体和虫霉害有很严格的要求。为解决小型文物展柜的温度控制问题,本文尝试使用热电制冷技术应用于小型书画展柜,并对热电制冷技术在文物保存技术领域的应用作一些研究和探讨。本论文在分析热电制冷基本原理的基础上,首先研究热电制冷展柜在第三类边界条件下的传热性能;其次就热电制冷装置的冷热端热交换器传热性能、冷热端介质温差与热电装置的性能关系进行理论分析;最终通过实验研究证实了理论分析的正确性,提出了热电热泵展柜的散热方式。本论文采用间歇控制法设计并制作出一套热电热泵恒温控制文物展柜,对其进行了实验研究,对热电热泵展柜系统的制冷和制热性能进行了可行性分析。制冷实验结果证明,在制冷空间因材料和制作的原因导致传热量大大高于设计值的情况下,制冷空间内部温度在环境温度为20℃时仍然可以保持和环境温度近6℃的温差,制冷系数可以达到0.44,从而证实热电热泵展柜的制冷功能是可以实现的。制热实验结果证明,在室外温度20℃左右,室内外温差可以很快达到25~35℃左右的稳定值,供热系数可以达到0.5~0.9。因而最终证实本热电热泵恒温控制文物展柜可以很好地满足文物展柜的恒温控制要求并具有很好的节能效果。本文最后对热电热泵展柜的温度系统分析并提出了优化方案,同时对湿度因素和有害气体消除也提出了解决方案,完善了文物展柜的设计。
摘要第4-5页
Abstract第5-6页
物理量名称及符号表第7-10页
第1章 绪论第10-20页
    1.1 研究背景与研究意义第10-15页
        1.1.1 文物的价值和保存环境第10-11页
        1.1.2 文物展柜研究现状第11-13页
        1.1.3 北京工业大学文物保护技术研究中心研究成果第13-14页
        1.1.4 课题的提出第14-15页
    1.2 热电制冷技术的发展状况第15-19页
        1.2.1 热电材料的进展第16-17页
        1.2.2 热电制冷应用技术的进展第17-19页
    1.3 主要研究内容第19-20页
第2章 热电制冷(热泵)原理第20-34页
    2.1 热电效应第20-25页
        2.1.1 塞贝克效应第20页
        2.1.2 珀尔帖效应第20-21页
        2.1.3 汤姆逊效应第21-22页
        2.1.4 焦耳效应第22页
        2.1.5 傅立叶效应第22-23页
        2.1.6 单个热电偶的产冷量第23页
        2.1.7 热电热泵第23-25页
    2.2 热电制冷系统数学模型第25-27页
        2.2.1 传热分析第25页
        2.2.2 热电制冷热电转换方程第25-26页
        2.2.3 热电制冷器热量传递方程第26-27页
    2.3 冷、热端的换热方式第27-32页
        2.3.1 空气自然对流换热第27-29页
        2.3.2 强迫通风散热第29-30页
        2.3.3 水冷散热第30页
        2.3.4 相变沸腾换热第30-31页
        2.3.5 热管换热第31-32页
    本章小结第32-34页
第3章 热电制冷传热性能分析第34-54页
    3.1 热电制冷器冷、热端在第三类边界条件下的传热分析第34-40页
        3.1.1 数学模型第34-36页
        3.1.2 计算结果及分析第36-40页
    3.2 热电制冷系统不同换热方式的强度实验第40-42页
    3.3 实验结果及分析第42-53页
        3.3.1 热电制冷器最佳工作参数第42-44页
        3.3.2 平板自然对流换热工况第44-46页
        3.3.3 改变冷端风冷换热系数工况第46-49页
        3.3.4 改变热端风冷换热系数工况第49-51页
        3.3.5 热端热管散热工况第51-53页
    本章小结第53-54页
第4章 热电热泵展柜的研制与测试第54-80页
    4.1 展柜系统设计第54-64页
        4.1.1 展柜主体结构第55页
        4.1.2 展柜玻璃的选取第55-57页
        4.1.3 传热量的计算第57-59页
        4.1.4 热电制冷器的选型设计第59-60页
        4.1.5 冷热端的散热器选择第60-61页
        4.1.6 电源的选择第61-62页
        4.1.7 自动控制系统设计第62-64页
    4.2 热电热泵展柜的制作第64-66页
        4.2.1 热电制冷器的固定方法第64-65页
        4.2.2 减少寄生温差第65-66页
        4.2.3 提高绝缘性能第66页
    4.3 实验测试方案第66-67页
        4.3.1 测试系统组成第66页
        4.3.2 实验目的第66-67页
    4.4 实验结果及讨论第67-78页
        4.4.1 制冷工况实验结果及分析第67-71页
        4.4.2 制热工况实验结果及分析第71-76页
        4.4.3 自动控制运行工况第76-78页
    本章小结第78-80页
第5章 热电热泵展柜的优化第80-86页
    5.1 展柜温度系统优化方案第80-81页
    5.2 展柜湿度控制和有害气体消除方案第81-83页
    5.3 热电制冷和机械压缩式制冷系统的比较第83-85页
    本章小结第85-86页
结论第86-88页
参考文献第88-92页
攻读硕士学位期间发表的学术论文第92-94页
致谢第94页
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