太阳能半导体制冷器在卡车驾驶室内的应用研究

【摘要】： 改革开放三十多年以来,国内运输市场发展迅速,载货车销量逐年剧增,同时随着我国国民经济水平的日益提高,人们对汽车舒适度的要求也相应提高。目前汽车空调绝大部分采用压缩式制冷,这种制冷方式存在体积大、重量重、增加汽车动力消耗、制冷效果不稳定等问题,尤其在卡车上应用时,由于工作环境恶劣,更容易出现效率低、使用寿命短、制冷剂泄漏等问题。此外,我国广泛应用的以中低档次为主的卡车类运输车辆中,空调装备率仅为15%左右,而且其中相当一部分是卡车出厂后选配的。卡车司机作为一个越来越庞大的群体,迫切需要改善工作环境。随着太阳能电池技术和半导体制冷技术的发展,太阳能光电转换效率及半导体制冷效率都有了很大的提高。针对这一现状,本文尝试将太阳能半导体制冷器应用于卡车驾驶室,并进行实验研究、CFD模拟及经济性分析,从而对其可行性进行分析。 首先,对汽车空调尤其是卡车空调现状、太阳能光伏发电及半导体制冷的研究现状进行综述。 第二,分析半导体制冷的基本原理,对其最佳的特性进行计算,同时介绍了目前常用的几种散热方式,指出散热性能对半导体制冷性能的影响,为后续展开实验及模拟研究提供理论基础。 第三,建立卡车驾驶室太阳能半导体制冷模拟实验台,对实际制冷效果进行测定,分析半导体制冷应用的可行性。 第四,计算卡车驾驶室的夏季冷负荷,半导体制冷片制冷量、太阳能电池发电量及装置的所占面积,确定太阳能半导体制冷器应用于驾驶员所在位置局部供冷的方案。 第五,利用CFD软件模拟太阳能半导体制冷技术应用于卡车驾驶室的热环境,对其室内温度场、速度场、PMV及PPD进行模拟,说明驾驶员所在位置满足舒适性要求。通过改变送风速度、送风角度以及送风温度进行影响因素分析。 最后,对卡车驾驶室太阳能半导体制冷器进行了各组件的匹配计算,通过与卡车内的压缩式空调对比,分析太阳能半导体制冷方式的经济性。 【关键词】：太阳能电池 半导体制冷 卡车 驾驶室 实验研究 数值模拟
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TU831
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 课题研究背景11-13
• 1.1.1 汽车空调的特点11-12
• 1.1.2 特种车辆空调装置的特点12-13
• 1.2 课题研究目的及意义13-15
• 1.3 国内外研究现状及存在问题15-21
• 1.3.1 太阳能光伏发电的研究现状及存在问题15-19
• 1.3.2 半导体制冷的研究现状及存在问题19-21
• 1.4 课题的研究方法及内容21-23
• 1.4.1 课题的研究方法21
• 1.4.2 课题研究的主要内容21-23
• 第二章 半导体制冷的基本原理23-34
• 2.1 热电效应23-26
• 2.1.1 塞贝克效应(Seebeck effect)23-24
• 2.1.2 珀尔帖效应(Peltier effect)24-25
• 2.1.3 汤姆逊效应(Thomson effect)25
• 2.1.4 焦耳效应(Joule effect)25
• 2.1.5 傅里叶效应(Fourier effect)25-26
• 2.2 半导体制冷原理及其最佳特性分析26-29
• 2.2.1 半导体制冷器原理26-27
• 2.2.2 最大制冷量27
• 2.2.3 最大温差27-28
• 2.2.4 最大制冷系数28-29
• 2.3 半导体制冷热端散热方式29-33
• 2.3.1 空气冷却散热30-31
• 2.3.2 水冷散热31
• 2.3.3 热管散热31-32
• 2.3.4 其它散热方式32-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第三章 半导体制冷驾驶室实验台的设计与测试34-46
• 3.1 实验台的设计34-36
• 3.1.1 实验箱体的制作34-35
• 3.1.2 半导体制冷片选取35
• 3.1.3 冷热端散热器的选择35-36
• 3.1.4 稳定直流电源的形成36
• 3.2 实验台的搭建36-37
• 3.3 实验方法和步骤37-44
• 3.3.1 实验条件37-38
• 3.3.2 实验箱介绍38-40
• 3.3.3 测点布置40-41
• 3.3.4 实验步骤41
• 3.3.5 实验结果及分析41-44
• 3.4 实验误差分析44-45
• 3.4.1 实验箱制作工艺引起的偏差44-45
• 3.4.2 实验中产生的偏差45
• 3.5 本章小结45-46
• 第四章 驾驶室研究原型的设定46-56
• 4.1 模型参数46-47
• 4.1.1 车外空气计算参数46-47
• 4.1.2 夏季卡车驾驶室内空气计算参数47
• 4.2 轻卡驾驶室构造47-48
• 4.3 轻卡驾驶室夏季冷负荷计算48-53
• 4.3.1 车内、外设计参数确定48
• 4.3.2 驾驶室车体材料参数汇总48-49
• 4.3.3 驾驶室空调冷负荷组成49-53
• 4.4 轻卡驾驶室制冷范围的确定53-54
• 4.5 半导体制冷器使用时间的确定54-55
• 4.6 本章小结55-56
• 第五章 利用CFD软件对安装半导体制冷器的卡车驾驶室进行模拟研究56-75
• 5.1 Airpak软件介绍56-58
• 5.1.1 CFD简介56-57
• 5.1.2 Airpak软件57-58
• 5.2 半导体制冷轻卡驾驶室的数值模拟过程58-65
• 5.2.1 物理模型58-59
• 5.2.2 数学模型59-60
• 5.2.3 边界条件的确定60
• 5.2.4 网格的划分60-61
• 5.2.5 建立离散化方程61-62
• 5.2.6 计算方法62
• 5.2.7 控制参数的设定62
• 5.2.8 数值模拟结果及分析62-65
• 5.3 影响卡车驾驶室内热环境的主要因素65-74
• 5.3.1 改变送风速度65-68
• 5.3.2 改变送风角度68-71
• 5.3.3 改变送风温度71-74
• 5.4 本章小结74-75
• 第六章 太阳能半导体制冷器的经济性分析75-80
• 6.1 太阳能半导体制冷器冷量匹配75-78
• 6.1.1 卡车驾驶室内供冷量75
• 6.1.2 半导体制冷组件的选择75-76
• 6.1.3 太阳能电池组件的选择76-77
• 6.1.4 太阳能半导体制冷器安装示意77-78
• 6.2 经济性分析78-79
• 6.3 本章小结79-80
• 结论80-82
• 参考文献82-87
• 攻读学位期间的科研情况87-88
• 致谢88

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