脈沖式熱電制冷系統(tǒng)動態(tài)特性及其優(yōu)化研究中文摘要

本項目采用計算模擬和實驗方法對脈沖電流驅動模式下熱電制冷的系統(tǒng)動態(tài)特性及其優(yōu)化與控制進行深入的理論分析與實驗研究。探索脈沖式熱電制冷的動態(tài)物理過程特性及其特征參數(shù)變化規(guī)律，闡明脈沖式熱電制冷過程中的瞬態(tài)過冷效應與脈沖間隙冷端溫度過沖特性以及對被冷卻電子器件溫度的影響規(guī)律；研究脈沖驅動模式與熱電制冷的高效耦合機制，探討脈沖驅動模式及其參量變化對制冷性能的影響關系，獲得最佳脈沖驅動模式與優(yōu)化調控方法；研究變工況及動態(tài)工作條件下熱沉與脈沖式熱電制冷的匹配關系，提出適合脈沖式熱電制冷的高效經濟的熱沉方式及其優(yōu)化匹配方法；探尋脈沖式熱電制冷的非穩(wěn)態(tài)建模新方法及構建系統(tǒng)優(yōu)化模型，對脈沖式熱電制冷系統(tǒng)進行熱力學優(yōu)化分析，獲得系統(tǒng)優(yōu)化設計方法。本研究將從更深的層次上揭示非穩(wěn)態(tài)熱電制冷過程的物理本質和基本規(guī)律，豐富熱電制冷的理論體系，同時將為脈沖式熱電制冷技術應用于電子器件冷卻領域奠定基礎并提供開發(fā)思路。

本項目采用計算模擬和實驗方法對脈沖電流驅動模式下熱電制冷的系統(tǒng)動態(tài)特性及其優(yōu)化與控制進行了深入的理論分析與實驗研究。通過對熱電制冷系統(tǒng)建立非穩(wěn)態(tài)模型，探索了脈沖式熱電制冷的動態(tài)物理過程特性及其特征參數(shù)變化規(guī)律，同時也研究了脈沖驅動模式與熱電制冷的高效耦合機制，并獲得了最佳脈沖驅動模式與優(yōu)化調控方法，為后續(xù)實驗提供了理論指導；與此同時，亦研究了變工況及動態(tài)工作條件下熱沉與脈沖式熱電制冷的匹配關系，并提出了適合脈沖式熱電制冷的高效經濟的熱沉方式及其優(yōu)化匹配方法，且對脈沖式熱電制冷系統(tǒng)進行了熱力學優(yōu)化分析，獲得了其系統(tǒng)的優(yōu)化設計方法。此外，搭建及調試了脈沖熱電制冷實驗臺并進行了相關變工況實驗，而實驗結果與理論模擬結果的高度接近表明了前期理論模擬數(shù)學模型的正確性。實驗探索了脈沖參量變化對熱電制冷工作特性和可靠性的影響關系，研究了非穩(wěn)態(tài)熱電制冷過程中熱電模塊與散熱端熱沉之間的耦合傳熱特性。課題組在熱電制冷方向發(fā)表的已標注基金國際期刊論文有14篇，已為SCI、EI等檢索并引用，取得了一定的研究成果，且基于該課題研究已申請兩項發(fā)明專利，其中一項已授權。本課題從更深的層次上揭示了非穩(wěn)態(tài)熱電制冷過程的物理本質和基本規(guī)律，進一步豐富了熱電制冷的理論體系，同時為在電子器件主動冷卻方面應用脈沖式熱電制冷技術打下了良好基礎。 2100433B

冷熱電聯(lián)供是近些年國內外蓬勃發(fā)展的一種能源供應形式。它可以利用低品位余熱，實現(xiàn)能源梯級利用。因此，將其應用到建筑中去節(jié)能潛力巨大。然而由于缺乏對建筑物負荷的準確預測，致使設備選型不合理，系統(tǒng)長期處于較低部分負荷率下運行；此外對系統(tǒng)的動態(tài)變工況性能的研究很少，使得系統(tǒng)缺乏有效的動態(tài)控制，可靠性較差。圍繞上述問題，該項目首先研究人員分布和流動以及外部氣候參數(shù)動態(tài)變化對建筑物各區(qū)冷、熱、電負荷的影響，建立綜合考慮人員和氣候隨機因素的建筑物分區(qū)動態(tài)負荷預測模型；其次，建立基于最優(yōu)化控制策略的建筑冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)動態(tài)數(shù)學模型，確立高效數(shù)值算法；再次，研究建筑冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)全年工況的控制算法以及系統(tǒng)內部各參量的動態(tài)變化特性；最后，通過構建實驗平臺，對模型進行驗證。通過上述研究，形成一套包括建筑物動態(tài)負荷預測、系統(tǒng)動態(tài)控制和變工況優(yōu)化運行在內的建筑冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)分析設計理論，為相關研究提供指導和理論支撐。

減壓閥的動態(tài)特性指減壓閥工作時二次側壓力隨時間變化的過渡狀態(tài)的性能，通常用減壓閥二次側流道突然關閉時二次側壓力隨時間變化的過渡品質來評價。

減壓閥的動態(tài)特性不僅與閥本身諸參數(shù)有關，而且還受一次側回路容積及二次側回路容積等因素的影響。如果減壓閥的動態(tài)特性惡劣，就會產生異常高的脈沖壓力，嚴重影響回路的正常工作。

冷熱電聯(lián)供技術在近些年得到了廣泛的發(fā)展，但一些示范工程表明，實際應用中存在負荷率低下、系統(tǒng)適應性不強、綜合效益不明顯等問題。一個重要原因是系統(tǒng)實際運行不能與實際負荷需求形成有效的匹配。其涉及用戶負荷預測、系統(tǒng)優(yōu)化設計、變工況運行策略及性能評價等多方面，尤其有必要對系統(tǒng)變工況下運行特性進行研究以應對實際運行中復雜多變的負荷。為此，本項目主要做了以下幾個方面工作。第一，基于人員流動和氣候隨機變化，建立了建筑分區(qū)動態(tài)負荷預測模型，通過動態(tài)負荷預測可以為系統(tǒng)變工況運行提供重要參考；第二，提出了一種基于最小距離的系統(tǒng)優(yōu)化設計方法，研究表明基于這種方法優(yōu)化的系統(tǒng)性能要優(yōu)于其它常用方法；第三，研究了冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)中典型部件的數(shù)學模型，為系統(tǒng)建模和變工況性能預測提供了理論依據；第四，對變工況下的系統(tǒng)動態(tài)特性進行了實驗研究，并將實驗結果與理論預測進行了對比；第五，研究了變工況下系統(tǒng)最優(yōu)化運行策略和性能分布，為系統(tǒng)在實際變工況運行中提供理論依據，同時對全年下的系統(tǒng)變工況性能進行了分析；第六，研究了孤島模式下的系統(tǒng)獨立運行及能量輸出特性，提出了三種調節(jié)能量輸出的策略；第七，分別提出了基于模糊區(qū)間和層次分析法、基于聚類與判別分析的冷熱電聯(lián)供后評估模型及方法。 2100433B