热电堆传热过程的数学建模与实践

发布时间：2017-08-18 22:31

  本文关键词：热电堆传热过程的数学建模与实践

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【摘要】：淡水资源短缺是人类面临的日益严重的问题，不管是沙漠地区还是内陆地区、沿海地区都存在着相同的问题，而海水淡化的一种重要方式即为蒸馏-冷凝。此外，空气中的水蒸汽也是一种淡水资源，且这种资源不受地域的限制。因此科研团队利用热电堆通电后一端升温一端降温的现象，设计太阳能空气取水机。热电堆做为太阳能空气取水机的核心部件，即为本论文的主要研究对象。本论文的研究对象为热电堆的传热过程，，主要对热电堆传热过程进行机理分析，建立热电堆传热过程的数学模型，并利用计算机MATLAB平台对模型进行仿真；然后基于热电堆的热电效应设计太阳能空气取水机；最后将热电堆传热过程看过一个单输入单输出系统，推导出关于输入输出的传递函数即系统的模型，做实验，记录下输入和输出的数据，根据系统辨识知识选择合适的参考模型，利用递推增广最小二乘法进行系统辨识。具体研究内容有如下： (1)根据半导体的五种热电效应及其之间的相互影响，分析半导体制冷片即热电堆的工作机理，提出一种简单、具体的建模方法，并基于机理分析法建立热电堆传热过程的数学模型，由热电材料的性能参数计算出模型的参数，然后在计算机MATLAB平台上进行仿真，得到热电堆冷端和热端温度随时间的变化曲线；热电堆传热过程为单输入单输出系统，推导系统的传递函数并对传递函数。 (2)根据热电堆实际工作情况设计实验，搭建实验台，针对热电堆的传热过程做实验，记录下输入和输出；对系统传递函数进行Z变换，得到系统的差分方程，并利用最小二乘法来验证模型参数。 (3)介绍基于热电堆的热电制冷效应对太阳能空气取水机的总体设计。太阳能空气取水机系统具体包括冷凝器、储液罐、空气管道回路及控制电路模块，梳理各部分的结构组成及运行流程。介绍设计模块运行原理框图及电路控制流程。
【关键词】：热电堆 机理分析建模 仿真 最小二乘法
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK124
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外热电制冷的趋势11-13
• 1.2.1 国内外热电制冷的现状与发展11-12
• 1.2.2 国内外淡水提取技术的现状与发展12-13
• 1.3 热电制冷的应用13-14
• 1.4 论文的主要内容14-15
• 1.5 论文的结构安排15-16
• 第2章 热电效应与建模基础16-30
• 2.1 热电效应基础16-19
• 2.1.1 帕尔贴效应16-18
• 2.1.2 塞贝克效应18
• 2.1.3 傅立叶效应18-19
• 2.1.4 焦耳效应19
• 2.1.5 汤姆逊效应19
• 2.2 热电制冷的基本计算公式19-20
• 2.2.1 冷端产冷量19-20
• 2.2.2 热端放出热量20
• 2.3 热电模块的制冷特性20-23
• 2.3.1 热电制冷的优值系数和制冷系数20-22
• 2.3.2 热电制冷的最佳工况计算22-23
• 2.4 建模基础23-29
• 2.4.1 热力学系统建模基础26-27
• 2.4.2 最小二乘法27-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第3章 热电堆传热过程的数学建模及仿真30-45
• 3.1 热电堆的数学建模问题30-31
• 3.2 基于机理分析法的热电堆传热过程的建模分析31-34
• 3.2.1 热电堆的工作机理31-32
• 3.2.2 热端与环境的辐射换热32-34
• 3.3 热电堆传热过程的数学建模方法34-36
• 3.3.1 物理方程的建立34-35
• 3.3.2 控制方程的转换35-36
• 3.4 基于动态模型的计算机 MATLAB 仿真36-41
• 3.4.1 参数的确定36-38
• 3.4.2 仿真结果38-41
• 3.5 系统传递函数的确定41-44
• 3.6 本章小结44-45
• 第4章 热电堆传热过程的实验45-49
• 4.1 实验设计45-46
• 4.2 实验结果46-47
• 4.3 实验验证47-48
• 4.4 本章小结48-49
• 第5章 基于热电堆太阳能空气取水机系统的设计49-55
• 5.1 总体设计50-51
• 5.2 控制电路模块的设计51-52
• 5.3 空气取水机工作过程52-54
• 5.4 本章小结54-55
• 第6章 总结与展望55-57
• 6.1 全文总结55-56
• 6.2 展望56-57
• 致谢57-58
• 参考文献58-62
• 附录62

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 任欣,张鹏;有限散热强度下半导体制冷器性能的实验研究[J];低温工程;2003年04期

2 刘昆;符影杰;洪俊明;;半导体制冷温度控制算法的实验研究[J];工业仪表与自动化装置;2010年01期

3 罗斌;代彦军;;太阳能半导体制冷技术的发展和前景[J];可再生能源;2006年01期

4 陈林根;孟凡凯;戈延林;孙丰瑞;;半导体热电装置的热力学研究进展[J];机械工程学报;2013年24期

本文编号：697172