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[硕士论文] 刘剑峰
机械工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:涡旋盘作为涡旋式制冷压缩机的关键构件,减轻涡旋盘的质量即可显著降低涡旋式制冷压缩机的整体质量。铝合金涡旋盘符合轻量化发展需求,但复杂异形零件铝基涡旋盘采用现有传统成型工艺已无法完全满足制造需求和力学性能要求。基于此,本文提出采用直接液态模锻工艺取代传统成型工艺,开展了对涡旋盘制备工艺,参数优化及偏析行为的研究。
  首先对比研究了重力铸造工艺与液态模锻工艺对涡旋盘制件宏观形貌、密度、力学性能及显微组织的影响。液态模锻件的宏观形貌、密度、力学性能及微观组织均优于重力铸造件,液态模锻涡旋盘的抗拉强度Rm为345MPa,伸长率A为3.35%,冲击韧性ak为16.58J/cm2,相比较重力铸造件分别提升了33%,95%和130%。但液态模锻的断口形貌中仍存在少量细小的缩松缩孔缺陷,因此需要对其工艺参数进行进一步优化。
  采用正交试验法研究了比压、浇注温度、模具温度和保压时间对液态模锻ZL111合金涡旋盘密度,微观组织和力学性能的影响,通过对显著因子的比较,探索出了针对涡旋盘的液态模锻最优工艺参数。结果表明,对于力学性能,比压和保压时间都为极显著因子,浇注温度为冲击韧性的显著因子,模具温度为伸长率的显著因子。综合判断后得到了力学性能最优工艺参数为:比压120MPa,浇注温度720℃,模具温度220℃,保压时间20s。
  最后,对各组试样不同部位的成分偏析及组织偏聚现象进行了研究比较,探索了工艺参数对液态模锻ZL111合金涡旋盘成分偏析的影响,并采用最优工艺参数进行了验证性实验。结果表明:Si元素和Cu元素的正偏析主要集中在激冷区域,而Mg元素则除了压力结晶区外,其余区域全为正偏析。不同位置α(Al)相的体积分数存在一定的差异,圆盘处α(Al)相的体积分数最大,直壁的表面α(Al)相的体积分数最小;过渡区α(Al)相的体积分数居中。正交分析最优工艺相较九组实验中最优工艺,密度保持不变,力学性能都有了一定的提升,成分偏析及组织偏聚现象更均匀,验证了正交试验的正确性。
[硕士论文] 陆月星
机械电子工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:风机与换热器的组合普遍应用于机电产品的换热结构中,并集成在矩形流道中。往往在矩形流道中安装轴流风机作为气流驱动部件来降低产品能耗,但导流罩和换热器的双重阻力对轴流风机的运行工况会有较大影响,导致风机流场特性和换热器热场特性受到不同的影响。为了合理匹配轴流风机流场和蒸发器热场特性,确保矩形流道内高效节能地换热,本文以应用在间冷冰箱中的设有蒸发器和轴流风机组成的矩形流道作为研究对象,对矩形流道内的风机在变导流罩工况下的流动特性和换热特性进行了研究。
  首先实验研究了轴流风机的气动性能;其次,使用fluent软件进行数值模拟,对风机内部和出口流场参数的分布进行定量和定性描述,与实验进行对比,可以证明仿真模型的正确性。建立了风机设计参数与其气动性能之间的映射关系模型,通过与仿真实验对照,可以证实映射关系模型的可行性,进一步指导了风机的设计和冰箱风道的优化。
  搭建了气流流动和制冷实验台,实验研究了不同风机流场状态对蒸发器整体换热性能的影响,确定了换热的有用能量分布。基于实验研究,对蒸发室系统结构进行数值模拟,确定不同的风机及其导流罩与蒸发器相对位置下蒸发器内部空气的整体换热性能,并将实验和模拟进行了相应的对比,可以证实仿真模型的准确性。建立了设计参数与风机运行性能和蒸发器内部空气的换热性能的映射关系模型,通过与仿真实验对比,可以证实映射关系模型的正确性。最后将导流罩内部空气流动简化为一维和二维流动进行分析,同时和实验进行对照,可以证明理论分析的可行性。
[硕士论文] 胡力文
制冷及低温工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:数据中心素有现代“能源黑洞”之称,用于数据中心环境控制的空调系统的能耗占数据中心总能耗的35~45%,研发高效空调系统是数据中心节能降耗的重点之一,自然冷却是实现数据中心空调节能有效方案。自然冷却技术可分为风侧自然冷却技术、水侧自然冷却技术和热管自然冷却技术,其中热管自然冷却技术以其高效传热等特点受到了重点关注。本文在前期研究的基础上,开发了自然冷却/蒸气压缩复合制冷空调系统,并完成了性能测试和工程应用,主要工作和创新成果如下:1)研发了自然冷却/蒸气压缩复合制冷HKF-200FH,其由蒸气压缩制冷单元和动力型分离式热管单元集成,分别采用一次冷媒和二次冷媒,具有蒸汽压缩制冷、复合制冷和自然冷却三种工作模式,高温季节由蒸气压缩制冷单元提供全部冷量;过渡季节热管单元满负荷工作,蒸气压缩制冷单元补充不足冷量;低温季节由热管单元提供全部冷量。2)研发了用于复合制冷机组的室外侧组合式换热器,其由热管单元的风冷换热器、蒸气压缩制冷单元的风冷冷凝器和共用风机组成,两片换热器分别位于进风侧和出风侧。3)设计了将自然冷却与蒸气压缩制冷系统耦合的关键部件管壳式蒸发冷凝器,其管程作为蒸气压缩制冷单元的蒸发器,在蒸气压缩制冷模式和复合制冷模式为壳程的第二冷媒提供冷量。4)设计了复合制冷机组HKF-200FH的性能测试方案(二次流体量热器法),测试结果显示:蒸气压缩制冷工况(室外温度35℃)、热管工况(室外温度10℃)的制冷量/EER分别为197.38kW/3.5、196.89/15.3,复合制冷机组能够根据室外工况的变化灵活切换工作模式。5)进行了应用研究,北京某“EB级云储存实验室”空调工程配套应用2台复合制冷机组HKF-200FH,运行测试显示:相比常规机房用蒸气压缩空调系统年节能率约为45%,安全、可靠和节能优势明显。
  基于分离式热管的自然冷却/蒸气压缩复合制冷系统,拓宽了自然冷却的运行温区,实现了自然冷源的高效利用,特别适用于全天候运行的数据中心等电子电力设备的环控。
[硕士论文] 倪晨曦
动力工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:冷链物流业快速发展和食品安全、健康、保鲜的强劲需求,推动了冷冻冷藏设备制造业的快速发展,并对产品类型和性能提出了更高的要求。本文基于产学研合作单位安徽省美乐柯制冷空调设备有限公司创新和产品优化需求,开发了用于小型冷库的整体式制冷机系列,包括高温型、中温型和低温型。主要工作和创新成果如下:1)优化了整体式制冷机的结构和制冷系统流程,进行了节能和智能除霜控制技术的研究;2)重点对中温型制冷机LYJ200MY进行设计研究,包括冷凝器的设计和仿真以及蒸发器的结构和流程的优化,有效减小了制冷剂流动损失和换热器风阻损失;3)研发了适用于冷库用制冷机的热气除霜及其模糊自适应除霜控制技术,解决了制冷机过度除霜的问题;4)基于“校准箱量热计法”原理设计了整体式制冷机的试验,进行了LYJ200MY型制冷机优化前后的性能试验。对比性能测试数据显示:优化前的制冷量和能效比分别为3.125kW、1.27W/W,优化后的制冷量和能效比分别为3.212kW、1.32W/W,制冷量和能效比分别提高2.7%、3.78%;中温工况连续运行48小时的能效对比实验显示:优化后制冷机的平均能效比比优化前制冷机的平均能效比提高了9.3%。
[硕士论文] 谢胜强
制冷及低温工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:EAST(Experimental Advanced Super-Conducting Tokamak)核聚变实验装置是一个具有能很好的改善等离子体约束状况、大拉长比、非圆截面的等离子体位形的全超导托卡马克实验装置,由中国科学院合肥物质研究院等离子体物理研究所自主设计建造。EAST低温系统从1999年开始设计,于2005年调试成功,EAST全超导托卡马克装置于2006年2月开始首次降温实验,总共用时16天将超导磁体等部件全部从常温降到4.5K以下液氦温度,并同时进行了线圈的通电实验,圆满完成了EAST装置的首次工程调试。EAST氦低温系统是目前国内制冷量最大、运行时间最长的氦低温制冷系统。氦制冷机作为EAST装置重要子系统之一,为托卡马克及其子系统提供所需冷量,其中氦透平膨胀机是氦制冷机或氦液化器的核心部件。本文以高转速、小功率氦透平膨胀机为研究对象,基于中国科学院等离子体物理研究所氦低温系统及氦透平膨胀机研究平台,探究氦透平膨胀机新型电涡流制动技术的相关问题,具有重要的理论意义和应用价值。
  氦透平膨胀机的常用制动方式有:风机制动、油制动、电涡流制动等形式。相比其它制动方式,电涡流制动具有响应速度快、制动及时、结构简单、制动平稳、有利改善转子结构、易实现全自动控制等诸多优势,是目前氦透平膨胀机最有效制动方式之一。本文首先从热力学性能和机械性能角度研究了氦透平膨胀机特性,分析了电涡流制动技术在氦透平膨胀机上应用的优势,并提出了电涡流制动器结构设计中关键问题。然后针对两种电涡流制动结构分别建立数学模型,利用COMSOL Multiphysics数值计算研究了其制动物理机制,通过对转子热力学分析确定了第二种制动结构的实际可行性。之后利用控制变量法单独分析了各个参数对制动功率影响程度,为达到所需制动功率,通过参数优化得到了最佳参数组合。最后确定了电涡流制动器内部冷却通道,完成了整个电涡流制动器的结构设计。
[硕士论文] 孙一牧
制冷及低温工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:分离式重力热管是一种新型散热装置。因其蒸发段和冷凝段分离,动力来自于上升,下降管的制冷剂密度差。故其具有布置灵活,能效比高,运行可靠等优点。广泛应用于基站散热,机房散热等场合。而微通道换热器相较于传统换热器结构紧凑,换热能力强,充液率低。近年来,基于它的研究和应用与日俱增,发展潜力巨大。将微通道换热器应用于分离式重力热管的是一个极具潜力的散热方案。
  本文为研究分离式重力热管系统工作特性及影响系统性能的因素,首先从分离式重力热管系统的传热性能和动力性能出发,建立了热管系统的稳态数值仿真模型,并编写了相应的仿真程序。随后,搭建了实验台对热管系统进行了实验研究。实验结果表明系统的最佳充液率范围在90%~110%之间,且较高充液率下系统性能要优于较低充液率。通过比对最佳充液率下实验数据和数值模型的输出结果,在换热量方面相对误差为5.93%,在压力方面相对误差为9.18%。且随条件变化,实验数据与计算结果的变化趋势基本相符。结果表明:在传热条件较差或传热温差较小时,系统性能主要受到系统换热能力不足限制;在换热器高度差较低或系统内部压阻较大时,系统性能主要受动力不足限制。
  最后,基于数值仿真模型的输出,研究了不同换热器高度差、换热器流程分配、扁管参数、翅片参数下热管系统性能的特性。为基于微通道换热器的分离式热管重力系统的设计和应用提供了一定的参考。
[博士论文] 解钰
核能科学与工程 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:强磁场,和超高压、极低温一起,被列为现代科学实验最重要的三大极端条件,是物理、材料、生物等学科进行科学研究的利器,被人们成为诺贝尔奖的摇篮,是各国科学界加以追求的目标之一。中国在经历了将近10年的设计和建设,于2016年8月建成40T混合磁体稳态强磁场实验装置,2017年5月全面完成调试和验收,与法国、波兰、日本、德国、美国一起,并列成为拥有建成的稳态强磁场装置的五大国家,具有世界领先水平。混合磁体内包含内水冷磁体和外超导磁体,内水冷磁体提供30T磁场,外超导磁体提供10T磁场,混合磁体的中心场强达到40T。
  本课题主要对低温系统的建设、联合运行以及混合磁体外超导磁体的降温过程计算和实际调试进行研究,工作内容主要包括:
  充分了解和学习360W@4.5K低温系统结构、组成和运行模式,了解外超导磁体结构、基本的降温方法和相关工作要求,以及低温系统与磁体的联合运行方式,了解各子系统的作用和分工,理解对磁体降温的设计方案和要求,为后期的调试工作做好前期准备。
  根据降温设计的要求,对外超导磁体的降温过程开展讨论。分为两个阶段:第一阶段从300K降温至80K,第二阶段从80K降温至5K。对于第一阶段降温的数值计算,分别对磁体线圈、内部结构进行合理的抽象和简化,并对整个超导磁体建立了降温模型,通过模型的计算可以获得磁体线圈内各个时间段冷质量和氦气沿着流动方向在降温过程中的温度分布和流动状态,并且满足磁体内部最大温差小于50K的工程要求。对于第二阶段,将制冷机的膨胀机开启后,降温不再受温差限制,利用膨胀机提供的冷量,将磁体降温至5K。计算结果表明,磁体内各线圈能够保持同步降温的状态,从300 K降温至5K的整个过程可以在580个小时内完成。
  对建成的超导磁体进行降温调试,完成励磁实验。降温的基本流程分为低温系统部分,阀箱部分和磁体部分。调试前,需要将系统内所有管道进行抽空置换,排出内部杂质气体,以防在低温下凝结固化堵塞通道。氦气通过制冷机降温后通入分配阀箱,再由分配阀箱向磁体各通道供气。从300K降温到80K的预冷阶段,冷量来源自液氮的消耗,从80K到5K的降温阶段,开启制冷机内部膨胀机,保持更低温度的冷量供应。两次降温调试的整个过程历时大约23天,预冷阶段在出现最大温差超过50K之后,及时对降温策略进行调整,保证了磁体不受局部应力过大而损坏。
  对计算模型中选用的摩擦系数公式进行修正调整,对实验数据进行整理,分析实际调试过程和计算过程的差别对比。在实际的调试过程中,发现系统中存在一些特殊的问题,比如有系统内部的温度传感器和真空规管受磁场影响比较大,在系统励磁中会表现出示数变化,影响系统正常监控或者操作,需要对其进行变化规律的总结和磁屏蔽计算,设计屏蔽罩尺寸和厚度;随着二代高温超导材料的兴起,电流引线的改造升级也近在眼前,而新材料最大的应用困难是焊接工艺,需要对传统的焊接工艺进行改进才能得到更好的应用。本文同时对这些相关的拓展项目开展理论或者实验研究。
[博士论文] 刘冰冰
轮机工程 大连海事大学 2017(学位年度)
摘要:在无泵溴化锂吸收式制冷系统中,采用气泡泵替代传统的机械泵,不仅能减少对高品位能源的依赖,而且可以避免机械泵受工质的腐蚀性影响,从而提高了整个制冷系统的可靠性。气泡泵提升管内两相流的运动过程,流型间的转换,会对气泡泵的提升性能有很大影响。
  本文使用高速摄像机拍摄了以不同浓度溴化锂水溶液为工质的两级气泡泵吸收式制冷实验台中一级提升管内两相流流型,在浓度为57.5%的溴化锂溶液中发现了气泡流、弹状流、段塞流、搅动流、环状流和弹环状流。在浓度为53%,45%的溴化锂溶液气泡泵实验中,发现了气泡流、段塞流、搅动流和环状流。对不同流型下的液体流速进行测算,搅动流时,液体流速最高,其次为段塞流和弹状流,环状流时,液体上升速度最低。
  实验数据对比发现,同样流型条件下,低浓度溴化锂溶液流速比高浓度溶液流速高。计算求得高压发生器的产气率与提升溶液的质量,发现溴化锂溶液起始浓度越高,系统的产气率越小,提升的溶液量也越多。在不同流型中,弹状流的提升量最大,段塞流其次,环状流最小。验证了弹状流的提升效率最好,但环状流上升后的溶液浓缩程度最高,约达到3%。
  通过改进分布函数、序参数格式、有限差分格式、压力迭代格式、强制性边界条件等方法,将格子玻尔兹曼大密度比自由能模型进行改进,并结合实验条件和工质物性,对密度比为2778的管内溴化锂溶液中气泡运动行为进行研究。为验证模型的正确性,首先对单气泡上升运动和双气泡融合过程进行了模拟,模拟结果与实验中高速摄像机捕捉的气泡运动形态相一致,并分析了其运动过程中的速度场,讨论了气泡大小对气泡上升速度的影响。
  应用改进的格子玻尔兹曼自由能模型,对大密度比的溴化锂溶液中不同初始位置和不同大小的双气泡运动进行模拟,获得其密度场与速度矢量分布及运动规律:大小相同,水平距离一定的双气泡在上升过程中出现先靠近再分离的两个阶段,与初始相对高度无关;大小不同的两气泡在上升过程中可能发生融合或分离,主要取决于小气泡靠近大气泡时所在大气泡尾迹区的位置。若大小气泡融合,则融合后的气泡速度减小。研究了并排多气泡的上升过程和聚并行为,给出了溴化锂溶液中水蒸气并排双气泡、3气泡的气泡临界聚并距离,模拟了不同初始设置的4气泡、6气泡和9气泡的运动过程,讨论了气泡数量对临界聚并距离的影响。
  为了研究两相流动中热量传递机制,基于格子玻尔兹曼热模型及大密度比模型,提出了一个可以描述传热相变的大密度比复合格子玻尔兹曼模型,模拟了单气泡周围的温度场分布及双气泡在碰撞融合中的热量传递过程,发现气泡内部温度最高,气泡下方会产生低温区的层状分布尾迹,速度场、温度场等因素综合影响气泡的形状变化。上下垂直分布的双气泡在在碰撞之前,上方气泡内部温度高于下方,碰撞时,气泡热量由接触界面向中间部位传递,内部温度逐渐平衡。融合完成后,流场内的最高温度降低。并使用红外热像仪捕捉了管内单双气泡上升过程的温度场分布,模拟结果与实验温度分布一致。
[硕士论文] 胡文婷
供热、供燃气、通风及空调工程 兰州交通大学 2017(学位年度)
摘要:特征正交分解(POD)是一种有效分析高维数据的方法,该方法利用奇异值分解(SVD)方法得到一组满足最小二乘意义下能量最优的基函数,利用少量谱系数与这组基函数进行线性叠加可以重构出高维物理问题。本文建立了POD低阶模型,并用于对扁管管翅式换热器流动与传热过程的数值分析,比较了分别采用POD低阶模型中的插值和投影两种方法对换热器换热的求解结果。所做主要工作如下:
  (1)采用有限容积法对扁管管翅式换热器换热单元进行了数值分析,计算中改变的参数主要有:翅片间空气雷诺数及换热器的结构参数。气流速度以工程实际中管翅式换热器气侧空气能达到的实际流速为准;换热器结构参数主要改变翅片间距和横向管间距两个参数。将SIMPLE算法所得稳态模型结果作为POD低阶模型样本以及同POD方法模拟结果比对的参考值。
  (2)采用Newton插值、拉格朗日插值、样条插值等插值方法进行了单变量及多变量的谱系数耦合计算,对比各类插值方法所得结果,选择较优的POD插值模型进行温度场的重构。
  (3)POD投影方法选择能量方程进行降维投影,推导出适用于三维适体坐标下的POD投影方程,构建POD投影低阶模型,代入基函数求解得到投影方程的谱系数。将谱系数与基函数相乘叠加,重构出待求条件下的温度场。
  计算结果表明,POD插值法和投影法对于多变量的稳态问题均是适用的,且POD方法在计算耗时上远远少于传统FVM计算方法。对比两类模型模拟结果,POD投影的低阶模型推导过程复杂,但是模型健壮性更好,对于几何边界复杂多变的物理问题计算精度也有明显优势。由于不同插值方法均存在一定的局限性,在利用POD插值方法进行物理场重构时,不同插值方法下的模拟精度差别较大,总体插值结果相比于原物理场误差较大,故健壮性较差,但是总体来说POD插值方法计算简单,计算原理清晰易懂,同时计算运行耗时均低于POD投影计算。
  通过改变管翅式换热器空气侧雷诺数、翅片间距以及横向管间距三个参数,获得了多结构换热器在多工况下运行的传热性能。本文计算方法大大提高了数值模拟效率,拓宽了POD在工程研究领域的应用范围,建立的贴体坐标三维POD模型,也为后续研究提供了模型基础。所得结论为扁管管翅式换热器运行优化和结构参数设计提供了理论参考。因此,拟开展复杂几何区域换热问题在贴体坐标下的高效POD低阶模型研究,建立的贴体坐标三维POD模型,为后续研究提供模型基础。
[硕士论文] 赵琳
动力工程及工程热物理;制冷及低温工程 东南大学 2017(学位年度)
摘要:空调系统在实际运行时80%以上时间处于部分负荷下运行,因此,研究空调系统部分负荷下的运行规律和优化控制策略是现阶段的热点,仿真模拟是其主要手段。然而,因既有空调系统各部件具体结构参数和大量全工况实测数据获取困难,使得依据空调系统各部件具体结构参数的精确建模法和依据大量实测数据的经验公式法都受到了限制。实测数据在采集过程中,因测量器具的偏移所引起的系统误差和因偶然因素所引起的随机误差的存在,使其不能完全表征系统的实际运行状态,从而影响了依据经验公式法所建模型的精度。因此,需要找到一种能够结合精确建模法和经验公式法优点的建模方法,来建立空调系统模型。
  针对上述问题,本课题组提出了在空调系统各部件具体结构参数难以获取的条件下,将系统各部件的具体结构参数进行集总,并利用少量的实测数据求取集总的结构参数的建模方法。
  本文在基于参数集总的建模方法的基础上,通过理论分析和公式推导,分别建立了冷水机组模型、表冷器模型、冷却塔模型和输送设备模型;其中冷水机组模型中主要建立了蒸发器模型、冷凝器模型、压缩机模型和膨胀阀模型;且以冷冻水、冷却水为中介将冷水机组模型与表冷器模型、冷却塔模型串联,从而建立了基于特征参数的空调系统模型。
  本文在搭建的空调系统实验平台的基础上,进行了变冷冻水流量、变冷却水流量、变冷冻水供水温度、变冷却水进口温度、变空调箱进口干球温度、变空调箱风量的6种变工况实验。通过将获取的实验数据代入到空调系统模型中求取空调系统特征参数,从而建立了基于本实验平台的系统模型。为验证所建空调系统模型的精度,本文另设定了几组随机工况,利用该实验平台进行了对应的实验并采集相应的实验数据。
  本文通过理论分析和公式推导的方式,对所建空调系统模型的特征参数进行了误差分析;由分析可知,该空调系统模型的特征参数的相对误差均在10%以内。为研究实测数据受到干扰时,对空调系统模型及其模拟值的影响规律,本文通过对各测量值添加单一或多项扰动的方式,对所建的空调系统模型进行了仿真模拟,并分析了各模拟值的在受到扰动时的变化规律;模拟结果表明,当冷冻水温度存在扰动时,模型的特征参数和机组COP受干扰程度较大;当冷冻/却水流量、冷冻/却水进出口温度同时存在扰动时,机组COP和压缩机功率受干扰程度大于冷冻水流量(或冷冻水进口温度)存在扰动时的受干扰程度。
  通过对稳健加权算法的研究,本文对所建空调系统模型进行了稳健优化,通过数学统计分析和公式推导,本文在各部件模型的模型参数的获取过程中,引入稳健加权算法,利用权重比例对各工况实测数据进行了取舍,以减小实测数据中测量误差的存在对模型的影响,从而实现了空调系统模型的稳健优化。本文在用VC++6.0和MFC编制的空调系统软件中分别编入了最小二乘算法和稳健加权算法,并通过对两种软件求得的模拟值与实测值进行对比研究,结果表明,编入稳健加权算法的软件所模拟的COP最大相对误差和平均相对误差比编入最小二乘算法的软件所模拟的COP分别低8.44%和4.03%。
[硕士论文] 倪瑜菲
土木工程;供热、供燃气、通风及空调工程 东南大学 2017(学位年度)
摘要:溴化锂吸收式制冷系统以对环境无害的溴化锂水溶液为工质,并且能够充分利用工业生产中的大量余热、废热及太阳能等,在保护环境和节约能源方面具有一定的优势,因此引起了人们广泛的重视。然而,溴化锂吸收式制冷系统性能系数较低,如何提高其性能系数一直是相关研究者们的难题之一。溶液热交换器作为溴化锂吸收式制冷循环中的重要组成部分,能够使得发生器和吸收器出口溶液进行换热,达到回收热能、降低发生器和吸收器热负荷的作用。但传统溶液热交换器中只存在热量的传递,并无质量传递现象的发生。有研究认为,将膜蒸馏技术运用于溶液热交换器中,能够使得热量和水蒸气分子同时从发生器出口溴化锂浓溶液传递到吸收器出口溴化锂稀溶液,因此进入发生器的溶液不仅温度升高,溴化锂质量分数也有所降低,进入吸收器的溶液不仅温度降低,溴化锂质量分数也有所升高,发生器和吸收器热负荷进一步降低,能够有效提高系统性能系数。因此将膜蒸馏技术运用于溴化锂吸收式制冷系统的溶液热交换器中被认为是一个值得研究的课题。目前虽已得出膜热交换器能够降低热源利用温度,提高系统性能系数的结论,但有关其两侧溶液温度和浓度等参数在流动过程中沿单根膜管管长的变化规律、不同工况及膜结构等对热质传递过程和系统性能系数的影响却少有人研究。因此本文在深入分析膜热交换器内热量和质量传递过程的基础上,建立了热质传递数学模型,对膜热交换器及整个吸收式制冷系统进行了深入的研究。主要工作内容和结论如下:
  (1)介绍了膜蒸馏的应用、分类、所用膜种类及膜组件形式等,阐述了膜热交换器的原理,着重解释了膜蒸馏过程中的温度极化和浓度极化现象及其对膜热交换器热质传递过程的影响机理。
  (2)详细分析了膜热交换器内热质传递过程的耦合作用机理,考虑温度极化现象对膜蒸馏过程的影响,将膜管分成若干个等长的微元段,分别建立了顺流和逆流布置的膜热交换器内热质传递数学模型,得到出口溶液温度、质量分数和质量流量的相关控制方程组,采用MATLAB软件编写程序,并结合目前已有文献中的相关实验参数及结果对模型进行了准确性验证。
  (3)阐述带有膜热交换器的溴化锂吸收式制冷系统热力计算方法,并指出该系统与传统溴化锂吸收式制冷系统热力计算的差异和原因,在一定的已知条件下对系统各设计参数进行选定,通过热平衡原理计算各设备的热负荷、系统循环倍率及性能系数。
  (4)求解膜热交换器内的热质传递数学模型,分别得到顺流和逆流布置下膜两侧主体溶液温度和膜处温度、膜两侧溴化锂溶液浓度、传热推动力损耗程度以及膜通量和跨膜传热量等参数沿单根膜管管长的分布规律。模拟结果表明:逆流布置时膜两侧换热量较为均匀,换热效果更为充分,并且水蒸气分子始终从浓溶液侧向稀溶液侧传递,传质量较大,较顺流布置而言,进入吸收器的溶液温度更低、质量分数更高,进入发生器的溶液温度更高、质量分数更低,能够降低发生器和吸收器热负荷,有效提高溴化锂吸收式制冷系统的性能系数。
  (5)将逆流布置的膜热交换器运用于溴化锂吸收式制冷系统中,分别研究不同热源温度、冷却水进口温度、冷媒水进口温度以及所用膜的平均孔径和孔隙率等对膜热交换器热质传递过程、对各设备热负荷以及对整个溴化锂吸收式制冷系统性能系数的影响。模拟结果表明:在其他各参数不变的情况下,热源温度的升高和冷却水进口温度的降低,使得膜通量和跨膜传热量增大,发生器和吸收器热负荷降低,系统性能系数提高,而冷媒水进口温度对膜通量和跨膜传热量的影响很小。此外,膜的平均孔径和孔隙率增大,有利于溴化锂吸收式制冷系统性能系数的提高。
[硕士论文] 董亚明
动力工程 东南大学 2017(学位年度)
摘要:热源塔热泵系统是为解决水冷冷水机组冬季闲置和空气源热泵冬季制热存在的结霜问题而提出的,热泵系统按照冬季工况设计,因此在夏季运行时,会有多余的热源塔被闲置,造成资源浪费。本文提出了热源塔热泵夏季运行的新形式:溶液除湿蒸发过冷复合制冷系统,该系统是将溶液除湿技术、蒸发冷却技术以及冷凝热回收技术应用于单级蒸气压缩制冷系统的复合制冷系统。常规的溶液再生过程对再生热源的温度要求一般是60℃-80℃,该复合系统以低品位冷凝热(30℃-50℃)为再生热源,不仅提出了新的余热回收方式,同时还通过蒸发冷却过程增加了单级蒸气压缩制冷系统的过冷度,提升了制冷系统的性能。本文在前人已有的研究成果的基础上,通过实验以及模拟的方式对该系统进行了更深入的研究。
  首先,对复合制冷系统的节能可行性进行了分析,对试验台进行了设计,设备选型等工作,对系统的关键影响参数:溶液换热器流量(mshe)、除湿溶液自循环流量比例以及再生溶液自循环流量比例进行了研究,研究表明当其他条件不变时,应当尽量增大自循环流量比例,从而起到增加制冷系统过冷度的目的,相比常规单级蒸气压缩制冷系统,当再生溶液自循环流量占再生溶液总流量的3/4时,复合系统的COPch增加了19.59%,当考虑风机水泵负荷时,COPsys增加了11.85%。
  然后,本文使用Aspen plus为工具对系统性能进行探究,鉴于许多学者在制冷系统中主要将Aspen plus用于吸收式制冷系统,本文中用数值模拟以及实验数据探究了Aspen plus中的Ratefrac模型用于逆流除湿以及再生模型的准确性,为了将Aspen plus用于该复合系统的模拟,借助Fortran语言开发了Aspen plus中的叉流除湿/再生以及直接蒸发冷却模型。为了使用Aspen plus工具探究基于实验系统的更多不便于实验控制的参数,对比了之前学者的除湿、再生过程的传热传质过程关联式,并结合实验数据利用最小二乘法拟合出直接蒸发冷却过程的传热、传质关联式,为模拟工作奠定了基础,然后以Aspen plus为工具探究了室外环境条件:室外环境温度、相对湿度以及制冷系统的冷凝温度对系统性能的影响。在参考条件下,冷凝温度为35℃时,系统可以比常规的单级蒸气压缩制冷系统COPch提升33.11%,当考虑风机水泵负荷时,系统的COPsys提升22.02%。
[硕士论文] 邹阳
土木工程;供热、供燃气、通风及空调工程 东南大学 2017(学位年度)
摘要:“冰堵”现象严重影响制冷与低温系统的运行和安全。制冷系统中,若制冷剂中混入了水分,在节流阀之后由于制冷剂温度降至0℃以下,会使得制冷剂中的水凝固成冰,从而堵塞节流阀造成冰堵。低温液体(如液氢、液氧和液氮等)生产和输运过程中,杂质可能会凝固,在阀门处积聚造成堵塞问题。宏观尺度的研究对相界面的描述和捕捉有一定的局限性。介观数值模拟方法研究可以加深对凝固过程的认识,深入了解冰堵现象发生的机理。本文通过相场法(Phase Field Method,PFM)和格子玻尔兹曼方法(Lattice Boltzmann Method,LBM)对凝固过程进行研究。
  首先针对流场静止的情况下,利用相场法模拟出凝固发生时枝晶生长的过程。从圆形晶核开始不断长大,由于各相异性的存在,6个主轴枝晶生长而出,随着凝固的继续,主轴上又有二次枝晶生长而出。过冷度越低,枝晶生长越快,凝固速率越快,主轴上的二次枝晶也越细密。利用文献中的实验结果验证了模拟结果,两者具有较好的吻合性。
  然后,针对运动流场情况下的凝固过程,利用相场法与格子玻尔兹曼方法,模拟结果发现,枝晶呈不对称生长,迎流侧主轴枝晶与二次枝晶都较为发达,背流侧的枝晶生长受到抑制,二次枝晶生长不明显。造成枝晶生长不对称性的主要原因是运动流场造成迎流侧固液之间温度梯度较大,持续过冷,有利于枝晶的生长。背流侧由于流速较低以及上游流体带来的热量,导致过冷度较小,枝晶生长受到抑制。最后利用文献实验结果,验证了模型,发现具有较好的吻合性。
  本文提出的相场-格子玻尔兹曼模拟方法,可以有效地研究流体中杂质低温凝固的过程,为未来更深入的相关研究提供一种有效的方法。
[硕士论文] 梁之琦
动力工程及工程热物理;制冷与低温工程 东南大学 2017(学位年度)
摘要:太阳能吸收式制冷因综合太阳能清洁、可再生且易获取等特点,以及吸收式制冷对环境友好且技术成熟的优势,目前已得到了国内外广泛的研究与应用。为提高太阳能吸收式制冷系统对太阳能等低位能源的利用率和循环工质对的热质传递性能。本文提出垂直管逆流降膜发生/吸收装置,使管内冷/热源温度变化和管外溶液所需温度变化相匹配,有助于提高降膜过程的传热传质性能。为了探索LiCl水溶液和LiBr水溶液垂直管降膜吸收/发生过程的传热传质特性,设计搭建了内冷/热源降膜吸收/发生实验平台,并针对两种工质对进行了实验和理论研究。
  首先,根据课题研究的内容和目的,通过查阅相关设计手册和文献,设计并搭建了降膜吸收/发生实验平台。本文主要针对实验台的组成,包括降膜实验系统、溶液循环子系统、冷/热源循环子系统以及其他辅助系统做了介绍,并着重描述了降膜装置主体的设计。另外,简单说明了降膜发生实验方法和降膜吸收实验方法的操作流程,并对实验结果进行了误差分析。
  其次,从实验方面主要对LiCl水溶液和LiBr水溶液的降膜发生性能进行了研究。液膜在实验工况范围内均处于波状层流状态。实验研究了低压级工况下不同热水温度和流量、不同溶液浓度、不同压力,以及不同溶液流量对溶液的降膜发生性能以及热源利用温差的影响。另外,实验还进行了高压级工况下,LiBr水溶液和LiCl水溶液降膜发生过程的对比实验,结果表明两种溶液降膜发生过程有着相近的传热传质性能。为了便于今后垂直管外LiCl水溶液降膜发生装置的设计,本文根据实验测量结果拟合得到LiCl水溶液降膜发生过程传热努塞尔数和传质舍伍德数的实验关联式。
  然后,对LiCl水溶液降膜吸收过程传热传质性能进行了实验研究。同样实验研究了不同工况条件对LiCl水溶液的降膜吸收性能的影响,为建立LiCl-H2O吸收工质对的吸收模型提供数据支撑。实验还进行了2.5~3kPa压力下,LiBr水溶液和LiCl水溶液降膜吸收过程的对比实验,结果表明在相同工况条件下LiCl水溶液吸收速率高于LiBr水溶液。这说明LiCl水溶液的传质能力强于LiBr水溶液,使用LiCl水溶液作为吸收工质将有利吸收器小型化设计。本文同样对LiCl水溶液降膜吸收过程的实验数据进行了拟合,并得到传热传质实验关联式。
  最后,基于有限体积法建立内冷源逆流LiCl水溶液降膜吸收传热传质过程的数学模型,通过对模型的求解,可以获得溶液侧的沿程温度、浓度分布以及冷却水侧的温度分布。结合所测得的变工况实验数据,LiCl水溶液的对流换热系数在510W·m-2·K-1变化到710W·m-2·K-1之间变化。溶液的对流换热系数是影响传热系数的主要因素,建议强化管外侧对流换热系数以提升冷却水与溶液之间换热,提高对冷源的利用率。通过模型扩展了溶液流量的变化范围,并发现溶液因为膜厚的影响,吸收率随溶液流量的增大而趋于一稳定值。
[硕士论文] 袁潇
动力工程 广东工业大学 2017(学位年度)
摘要:目前研究表明,将金属或非金属纳米颗粒均匀分散于基液中形成的纳米悬浮液可被用于换热工质和相变蓄冷材料。然而,由于纳米颗粒在基液中容易团聚,受到重力后发生沉降,导致纳米悬浮液的换热以及蓄冷性能下降。因此,提高纳米颗粒在基液中的分散稳定性对纳米悬浮液的应用具有重要的意义。
  本研究通过二氧化钛(TiO2)纳米颗粒混合磷酸锆(ZrP)纳米碟片以及TiO2纳米颗粒负载ZrP纳米碟片的方法提高TiO2纳米悬浮液的分散稳定性,并且研究了其凝固相变特性,具体工作如下:
  (1)ZrP纳米碟片和 ZrP负载二氧化钛(TiO2-ZrP)的制备。通过水热法合成不同粒径的ZrP纳米碟片,使用硅烷偶联剂—异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷(IPTS)将TiO2纳米颗粒负载于 ZrP表面,形成新的化合物 TiO2-ZrP;然后,使用四丁基氢氧化铵(TBAOH)对TiO2-ZrP进行剥离,形成分散的TiO2-ZrP。使用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、纳米粒度分析仪(DLS)和傅里叶红外光谱仪对制备的样品分别进行分析,结果表明:水热合成的不同粒径 ZrP晶体纯度高,粒径分布均匀且平均粒径分别为729.6nm、1004.5 nm和1168.5 nm;傅里叶红外光谱仪证实新型复合物TiO2-ZrP是通过化学反应的方式将TiO2链接于ZrP表面的,且TiO2纳米颗粒集中于ZrP表面。
  (2)磷酸锆/二氧化钛双核纳米悬浮液分散稳定性研究。研究内容包括不同粒径ZrP混合TiO2纳米悬浮液的分散稳定性和不同粒径ZrP负载TiO2纳米悬浮的分散稳定性。采用沉降法、吸光度法和稳定性分析法综合分析了纳米悬浮液的分散稳定性,并测量了纳米悬浮液的粘度。结果表明:加入ZrP后TiO2纳米悬浮液的粘度提高,稳定性提高;而三种不同粒径ZrP混合 TiO2纳米悬浮液的粘度相近,ZrP粒径越小,混合纳米悬浮液的稳定性越好。不同粒径ZrP负载TiO2纳米悬浮液中,TiO2-ZrP纳米悬浮液的分散稳定性好于TiO2纳米悬浮液的分散稳定性,并且ZrP粒径越小,对TiO2-ZrP纳米悬浮液的分散稳定性的提高作用越明显。
  (3)ZrP碟片和TiO2-ZrP纳米悬浮液液固相变及导热特性研究。采用步冷曲线法研究不同浓度下 TiO2-ZrP、ZrP和 TiO2纳米悬浮液的过冷度及其相变时间;采用 Hot Disk测试TiO2-ZrP、ZrP和TiO2纳米悬浮液的导热系数用来分析纳米悬浮液的相变时间。结果表明:在水中分别加入1.0wt.%~5.0wt.%的TiO2、ZrP和TiO2-ZrP可以有效地减小水的过冷度。浓度高于2.0wt.%时,TiO2纳米悬浮液的过冷度随浓度增大无明显变化;而Zr P和TiO2-ZrP纳米悬浮液的过冷度随着浓度的增大而继续减小;TiO2-ZrP和ZrP的过冷度均小于 TiO2的过冷度且TiO2-ZrP的过冷度最小。TiO2-ZrP、ZrP和 TiO2纳米悬浮液的导热系数随着浓度的增加而增大,TiO2和TiO2-ZrP纳米悬浮液的相变时间少于去离子水的相变时间,TiO2-ZrP纳米悬浮液的相变时间少于TiO2纳米悬浮液的相变时间。
[硕士论文] 李亚楠
土木工程;供热、供燃气、通风及空调工程 东南大学 2017(学位年度)
摘要:有机朗肯循环(ORC)作为高效利用低品位热能的热电技术,在解决能源短缺、环境污染等问题上很有潜力。涡旋膨胀机具有可靠性高、运动部件少等优点,适用于小型ORC系统。然而涡旋膨胀机ORC的技术研究及推广应用却进展缓慢,主要原因之一是缺乏膨胀机效率方面的模型和数据。本文以涡旋膨胀机的等熵效率和容积效率为对象,重点研究其变化特性和理论模型,在此基础上模拟ORC系统,设计和构建ORC测试台。
  具体开展工作:(1)理论分析:研究涡旋膨胀机等熵效率、容积效率与相应涡旋压缩机效率参数的关联模型;(2)模型验证:以某一额定转速2900r/min、内置压比2.5、排气流量29.6m3/h的涡旋压缩机效率为参照,对关联模型进行误差分析。在此基础上,计算分析涡旋膨胀机在冷凝温度为30~55℃、膨胀比为2~7.5时的等熵效率、容积效率变化规律;(3)经验模型:为满足工程设计的需求,建立涡旋膨胀机等熵效率、容积效率随膨胀比变化的多项式模型,并加以验证;(4)ORC模拟分析:以EES为模拟平台,分别针对R123、R124、R152a,在冷凝温度为30~55℃区间内,膨胀比为2~7.5区间内,过热度为0~20K区间内,研究ORC系统的净发电量、热效率、(炯)效率、等参数的变化规律;(5)测试台构建:以R123为工作流体,设计ORC热机,并参与测试台的选型和建造。
  本文研究有如下发现:
  (1)涡旋膨胀机的等熵效率、容积效率分别与改造前涡旋压缩机的效率参数有较好的相关性。膨胀比在2~7.5范围内,利用涡旋压缩机在相应压力参数时的效率值作为涡旋膨胀机的效率参数,误差小于5%。
  (2)模拟涡旋膨胀机等熵效率和容积效率,发现如下规律:(a)等熵效率在冷凝温度为50℃、膨胀比为2.5时达到最大值70.82%;(b)在冷凝温度为45℃、膨胀比为2的工况点容积效率最大为95.80%;(c)在膨胀比2~4的范围内达到最佳膨胀比,此时等熵效率最高在60%~70%范围内,容积效率达到80%以上;(d)随着膨胀比的增加,涡旋膨胀机的等熵效率先增大后减小,而容积效率持续降低;随着冷凝温度的提高,等熵效率和容积效率都表现出先增大后减小的规律。
  (3)涡旋膨胀机等熵效率和容积效率可分别表示为以膨胀比为参数的回归曲线,此经验模型计算值与实验值误差小于5%。
  (4)利用经验模型对ORC系统模拟分析,得到以下结论:(a)膨胀比一定,净发电量、循环热效率、(炯)效率随冷凝温度的提高,呈现先增大后减小的规律。涡旋膨胀机内(炯)损占系统总(炯)损的比例随着冷凝温度的升高而先减小后增大;(b)冷凝温度一定,系统的循环热效率、(炯)效率存在最佳膨胀比,该膨胀比大于等熵效率峰值对应膨胀比,不同工质的最佳膨胀比点不一样。R123、R124、R152a分别在膨胀比为4.5、4、3时达到最大循环热效率6.72%、5.61%、7.12%。提高膨胀比导致涡旋膨胀机内(炯)损占系统总(炯)损的比例持续变大;(c)过热度对干、湿工质的不同影响:干工质(例如,R123、R142)的循环热效率、(炯)效率随着过热度的提高而减小;湿工质需要提供一个最佳过热度,以R152a为例在过热度为5K时达到最大热效率和(炯)效率,分别为7.43%和43.42%。
  (5)将模拟结果应用于对测试台的设计与构建。
  本文的研究结果对于完善涡旋膨胀机等熵效率和容积效率的理论研究有重要意义,并对ORC系统的实验和工程应用提供了理论基础和设计指导。
[硕士论文] 肖聪
供热、供燃气、通风及空调工程 苏州科技学院;苏州科技大学 2017(学位年度)
摘要:中央空调系统的能耗占到了建筑总能耗的60%左右,在节能降耗的社会背景下,对空调系统进行节能研究具有很大意义。当前主要有软件模拟、微小系统模拟和项目实践等方法来研究空调系统整体的节能潜力,本文总结了这些方法的缺点,构建了一种模拟数据较精确且操作相对简单的空调冷源系统仿真实验台。
  本文从空调冷源系统中的冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔这四大部分的结构和原理入手,建立了这四部分主要设备的能耗模型,另外也设计了该仿真实验台的手自动控制逻辑以及实验台中各模拟设备的启停顺序、故障模拟等控制逻辑。摒弃了现有的通过复杂程序代码来实现能耗模型输入实验台的方法,将VisualLogic图形化功能模块编程软件运用到实验台中,使实验台的控制程序编辑变得简便。
  此外,本实验台将Alerton楼宇自控系统与空调冷源系统仿真实验台结合到一起,使得实验台的运行数据可实时传输到自控系统中,自控系统也可实现对实验台的控制,从而形成一种新型的基于BACnet的空调冷源系统仿真实验台。
  最后以苏州市某制药厂的空调冷源系统工程为例,来验证该仿真实验台的可操作性及模拟数据的准确性。用系统实测数据及部分设备样本数据拟合出空调冷源系统能耗模型中的各未知参数,将能耗模型转化为实验台控制程序后,可形成针对该制药厂的空调冷源系统的仿真实验台。以冷水机组为例,将某段时间内冷水机组能耗的实测数据与实验台模拟出的数据进行对比,结果表明两者误差小于5.4%。
  采用该仿真实验台并结合BIN方法可模拟计算出供冷区域的空调冷源系统全年能耗。以该制药厂某车间为例,得出该车间的空调冷源系统的全年耗电量为194.6万kW/h。
[硕士论文] 董盎然
电路与系统 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:随着微波毫米波技术的快速发展,介质材料被广泛应用,对介质材料介电参数的准确测量也变得越来越重要。介质材料的介电参数与频率和温度有着密切的关系,在不同工作频率和工作环境下,材料会呈现出不一样的电磁特性。随着微波设备应用的频率越来越高、应用的环境越来越恶劣,环境温度甚至达到零下几十摄氏度,因此建立一套能够在高频,低温环境下对材料介电参数进行准确测试的测试系统变得越来越重要。
  首先,文章介绍了国内外关于材料介电参数变温测试技术的进展,并通过比较不同测试方法的优缺点,最终将准光腔法作为本文的测试方法。
  其次,文章对准光学谐振腔进行理论分析,并通过MATLAB对准光学谐振腔内部的电场和能量分布进行模拟,同时对材料介电参数的测试原理进行了详细介绍。基于理论分析,设计了可以同时工作于3mm、8mm两个频段的准光学谐振腔。利用搭建的系统在真空和非真空状态下对材料进行了测试,并通过数据分析了温度、结霜度对准光腔性能的影响。为了消除这些影响,对准光腔腔体进行结构改进并研制了密封装置和测试夹具,同时为了方便与外部设备连接,设计了与准光腔相匹配的耦合装置。
  再次,选用冷却液循环制冷作为系统的制冷设备,通过对比不同除湿技术的优缺点,本文选择半导体制冷除湿作为除湿方案,并研制了相应的除湿装置。为了实时测试,研制了加热与温控装置。
  最后,对各个子系统进行测试,最终搭建可以工作在-50~100℃的准光学谐振腔变温测试系统,确定了测试流程并用VC++编写了测试软件。利用研制的变温测试系统对标准样品进行测试,对测试结果进行了误差分析。
  测试结果表明本文研制的变温测试系统具有良好的稳定性和实用性,可以对低损耗材料的介电参数进行准确测试。对于高损耗材料,只能在某几个频点上对材料的介电参数进行准确测试。
[硕士论文] 李亚歌
电子与通信工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:辐射计是对温度很敏感的测量系统,其工作温度的稳定度直接影响着它工作的稳定度和测量的准确度。为了有效改善辐射计的温漂问题,保证辐射计工作温度的稳定性,需要小型化高稳定度的恒温控制系统。因此,本文对辐射计恒温控制系统进行深入研究,已实现高稳定度的温度控制系统。研究内容主要包括测温电路、反馈控制环路、半导体制冷片(thermoelectric cooler,TEC)驱动电路以及箱体结构等。与传统的恒温控制系统相比,本文研制的恒温控制系统具有体积更小、成本更低的优势。本文的主要研究工作包括以下几个方面:
  测温电路是辐射计恒温控制系统的基础,精度高、线性度好的测温电路对保持系统的恒温控制来说至关重要。测温电路的关键之处就在于温度传感器和测温方式的选择。基于测温精度方面的考虑,本文选用铂电阻作为温度传感器。为了减小误差,采用恒流源式四线制的方式进行温度测量。最终,利用MATLAB进行测试数据拟合,得到恒流源的精度为1.5%。
  控制电路采用闭环控制的方式。测温电路的输出作为反馈信号,通过控制电路与给定的参考电压作对比,最后将该差值作为半导体制冷片驱动电路的控制量,实现对半导体制冷片的定量控制。本文采用H桥作为半导体制冷片的驱动电路,通过H桥来改变半导体制冷片的电流方向以及大小,从而相应地改变加热/制冷模式以及加热/制冷量。此外,本文还设计了脉宽调制(Pulse Width Modulation,PWM)波发生电路来控制H桥。设计的PWM波发生电路可以产生频率可调、占空比从0-100%可调的PWM波,能很好地满足H桥驱动芯片的需求。最终在PWM波占空比小于50%时,半导体制冷片加热;占空比大于50%时,半导体制冷片制冷。
  本文选用绝热性能良好的聚氨酯泡沫作为箱体材料。此外,为了保证半导体制冷片热端的散热效果,本文采用空气强迫对流的方式散热。实际测试结果:放大倍数设置为15的时候,升温过程的温控精度为0.4℃,温度稳定度为0.2℃;降温过程的温控精度为0.6℃,温度稳定度为0.3℃。将辐射计和恒温控制系统进行联合测试,最后结果表明:本文设计的恒温控制系统将辐射计开机的亮温变化56.9K减小到了12.9K;当辐射计工作稳定时,其输出电压的波动范围仅为10mV,换算成等效亮温变化为1.7K。大大改善了辐射计的温漂问题,提高了辐射计工作的稳定性。
  最后,为了验证以及改进模拟控制电路,本文基于半导体制冷片的驱动电路,还设计了数字式的PID控制器。最终,升温过程的温度稳定度为0.25℃,温度稳定的精度为0.2℃;降温过程的温度稳定度为0.24℃,温度稳定的精度为0.44℃,提高了模拟方式恒温控制系统的精度。
[硕士论文] 崔广春
控制工程 广东工业大学 2017(学位年度)
摘要:随着我国经济水平的不断提高以及信息技术的快速发展,人们对家庭内生活环境的舒适性、安全性等方面的要求不断地提高,再加上个人电脑以及各类网络设备的普及,人们已经习惯了网络及其带来的这种快速、便捷的生活方式。因此,以物联网为基础的各类智能化家居产品得到了广泛的应用,成为了智能家居发展的新方向。而家用智能中央空调也是开始随之走进人们的生活之中。
  通过对大量相关文献的查阅,本文分析研究了ZigBee和WSN相关技术的现状,提出并设计了一个组网成本低、易于实现和便于扩展的家用中央空调监控系统。该系统将物联网相关的技术应用在家用中央空调的监控中,实现对家庭中空气温湿度等环境信息和相关设备的统一管理及监控,模拟实现了对家庭温湿度等环境信息的采集、各ZigBee节点之间的相互通信以及多节点间的控制功能。另外,为了方便系统后续对其他智能家居产品的扩展,本文对ZigBee节点定位算法进行了研究与改进。本文从系统的软硬件设计、室内定位算法的改进以及系统的组网测试等几个方面进行论述,主要工作如下:
  (1)通过对系统需求的分析,提出了系统的整体设计方案,并以 CC2530芯片为核心,完成了对系统采集模块和协调器模块的硬件设计及选型。此外,本文提出了一种通过ZigBee终端节点对空调设备的控制方式。
  (2)研究和分析了TI公司的z-stack协议栈的系统结构及组网原理,并基于z-stack协议栈完成了本文系统的协调器模块和终端节点模块的软件设计。
  (3)为了方便系统后续对其他智能家居产品的扩展,比如需要使用室内定位技术实现对家居环境中室内人员和物品的定位等,本文对 ZigBee节点的定位算法进行研究,提出了一种基于高斯-贝叶斯滤波模型的RSSI定位的改进算法,并通过MATLAB对本文算法与传统算法进行对比仿真实验,其结果表明本文对算法的改进是可行的。
  (4)对所设计系统的各模块进行联调实验。对系统部分功能进行了测试,结果表明本文所设计的系统基本达到了预期的效果,并且找出系统的不足之处,为系统的进一步开发研究做准备。
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