基于半导体制冷技术的空气取水装置的实验研究

发布时间：2017-04-28 14:00

  本文关键词：基于半导体制冷技术的空气取水装置的实验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：水是生命之源，是人类生存所必须的基本物质。据调查，目前世界上已有100个国家缺水，26个国家严重缺水（包括中国），40%的人口遭受缺水之苦。为了解决日益严重的淡水资源匮乏问题，我们结合太阳能光伏发电技术、半导体制冷技术以及空气取水技术，提出了一种新的取水方式，即太阳能半导体空气取水，并且设计制造出了本新型空气取水装置的原型机，对本装置进行了详细的实验性研究与分析，具体实施内容如下： 第一部分：首先，详细研究了水蒸汽冷凝的理论、半导体制冷的原理和半导体制冷的工况，提出了半导体制冷的最优工况理论。然后，结合以上理论和经验，设计并制作出了太阳能半导体空气取水装置的原型机，本装置主要包括空气取水单元、控制单元和电力单元这三个单元。最后，分别对这三个单元的设计进行了详细的介绍，其中着重介绍了空气取水单元的设计。在制冷片的选择上进行了实验的验证，并且创新性的设计了换热器来回收系统的冷量，大大提高了本装置单位能量的取水率。 第二部分：为了获得较好的取水效果，我们对影响本空气取水装置的工作性能的因素进行了实验性研究。从某种意义上说，制冷量越大，本装置的产水量就越多，但我们提出了制冷系统最优工况的概念-既能保证较小的耗能，又能获得较大的制冷系数。在本装置的基础上，首先通过实验确定了热管散热器作为本装置的最佳散热方式，然后在此散热方式下对在不同电流工作下的制冷效果做了深入的探讨，确定了最优工况下的工作电流值。通过实验确定了进入冷凝室的最优空气流量。最后基于以上的实验研究，确定了本系统的一些最优工作参数值，进行了空气取水试验，验证了本装置的可靠性。 第三部分：针对本空气取水装置存在的一些不足，提出了一些优化解决的方案。首先，出于对本装置便携轻巧的需求，，把热管散热器作为本装置的散热机构，但通过一些学者的实验研究可知，半导体制冷片的最佳的散热方式并不是热管散热而是水冷散热，然后对这种散热方式进行了研究分析。其次，针对本装置的设计加工问题，提出了改进的方案。最后，针对本装置现有的空气流量控制提出了用自适应模糊PID控制的理论，进行了对空气流量的控制器进行了结构设计，并验证了此控制系统的稳定性。
【关键词】：光伏发电 半导体制冷 空气取水装置 最优工况 取水率 优化方案
【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】：TV213.9;TB66
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• 目录8-11
• 第1章 绪论11-21
• 1.1 本课题研究背景及意义11-13
• 1.1.1 全球淡水资源匮乏11
• 1.1.2 空气中含取之不尽的“水”11-12
• 1.1.3 太阳能资源丰富12
• 1.1.4 半导体制冷技术发展的必要性12-13
• 1.2 国内外太阳能光伏发电的发展状况13-15
• 1.2.1 国外光伏发电状况14
• 1.2.2 我国光伏发电状况14-15
• 1.3 半导体制冷技术研究现状15-16
• 1.3.1 半导体制冷技术的发展15-16
• 1.3.2 半导体制冷技术在工程方面的应用16
• 1.4 空气取水技术研究状况和进展16-19
• 1.4.1 主要空气取水的方式17
• 1.4.2 冷却结露式取水17-18
• 1.4.3 吸湿/解吸式取水18-19
• 1.4.4 空气取水技术的意义19
• 1.5 本课题主要研究内容19-21
• 第2章 太阳能空气取水装置21-43
• 2.1 水蒸气凝结理论21-22
• 2.2 半导体制冷技术的基本原理22-25
• 2.3 半导体制冷片的常见的散热方式25
• 2.4 半导体制冷技术最优工况的理论研究25-29
• 2.4.1 一般制冷工作状况25-26
• 2.4.2 最大制冷量工作状况26-27
• 2.4.3 最大制冷系数的工作状况27
• 2.4.4 半导体制冷器件的最优工况27-29
• 2.4.5 半导体制冷工况的设计与选择29
• 2.5 太阳能空气取水装置的总体设计29-30
• 2.6 装置的工作流程30-31
• 2.7 太阳能空气取水装置主要组件设计31-42
• 2.7.1 太阳能供电单元32-34
• 2.7.2 控制单元34-35
• 2.7.3 空气取水单元35-42
• 2.8 本章小结42-43
• 第3章 空气取水装置实验分析43-62
• 3.1 不同的散热方式对本装置的制冷效果的影响43-47
• 3.1.1 空气强迫对流散热方式43-44
• 3.1.2 热管散热方式44-45
• 3.1.3 不同散热方式对制冷性能影响的研究45-47
• 3.2 半导体中制冷片工作电流对制冷效果产生的影响47-58
• 3.2.1 工况一实验测试结果和分析48-49
• 3.2.2 工况二实验测试结果和分析49-50
• 3.2.3 工况三实验测试结果和分析50-51
• 3.2.4 工况四实验测试结果和分析51-52
• 3.2.5 工况五实验测试结果和分析52-53
• 3.2.6 工况六实验测试结果和分析53-54
• 3.2.7 六种工作状况下的综合结果分析54-55
• 3.2.8 通过实验确定的制冷片最优工况55-58
• 3.3 空气流量对本空气取水装置取水效果的影响58-60
• 3.3.1 空气流量计的选择58
• 3.3.2 不同流量下制水量的数据采集58-60
• 3.4 装置的取水实验60-61
• 3.5 本章小结61-62
• 第4章 空气取水装置系统性能的优化分析62-70
• 4.1 系统的散热方式的优化研究62-63
• 4.2 空气取水装置的加工和组装方式的优化63
• 4.3 空气流量的优化控制63-69
• 4.3.1 PID 控制和模糊自适应 PID 控制64-65
• 4.3.2 空气流量控制系统的分析65-66
• 4.3.3 流量控制模糊 PID 控制器的结构设计66
• 4.3.4 输入、输出变量和隶属度函数的确定66-67
• 4.3.5 模糊控制规则表的建立67-68
• 4.3.6 PID 参数在线校正68
• 4.3.7 仿真和结果分析68-69
• 4.4 本章小结69-70
• 第5章 总结和展望70-72
• 5.1 论文总结70-71
• 5.2 展望71-72
• 致谢72-73
• 参考文献73-77
• 附录77

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：332923