水冷式半导体冰箱制冷性能的研究

研究了水冷式散热方法对半导体冰箱制冷性能的提高.以常用的半导体小冰箱为实例,分别测试了在风冷、循环水和恒温水条件下小冰箱的制冷性能.结果表明,水冷制冷效果明显优于传统风冷式,且其制冷性能与冷却水的温度有关.水温越低,半导体制冷器的制冷效率越高,制冷温度越低.当冷却水温度为171 ℃时,水冷半导体小冰箱很快达到冷冻.建立了水冷式半导体冰箱的制冷模型,计算分析了在不同恒定冷却水温度下半导体制冷器冷端温度随时间的变化关系,并将理论结果与实验测量结果进行了拟合分析,发现理论模型与实验测量结果一致.研究结果为水冷式半导体冰箱制冷性能的提高提供了实验和理论依据.     

基于半导体制冷片的冷暖衣柜研究

本文主要介绍以半导体制冷片为基础的新型冷暖衣柜,采用帕尔贴效应的制冷方法,夏季实现衣柜微环境制冷,利用供电电源的极性反转使半导体制冷片冷热面转换,在冬季实现制热,控制衣柜温度在人体舒适的温度范围内,对衣物进行冷却或加热,使人们在夏季或冬季穿农时有明显的舒适感。该衣柜无污染,制冷制热速度快,噪声低,具有潜在的市场开发前景。     

半导体制冷优化设计方法的析

对半导体制冷优化设计的两种方法进行理论分析,导出使制冷量和制冷系数分别达到最大值时的电流值,并由此得出设计所用主要参数,为半导体制冷器的优化设计提供技术支持.     

UUV耐压结构多目标优化设计

UUV(unmanned underwater vehicle,无人水下航行器)在海洋民用与军事领域具有广阔的应用前景。UUV耐压结构作为影响UUV负载能力及保障UUV航行任务安全高效执行的重要部件,其优化设计有重要意义。为了最大程度地实现减重目标,有效平衡耐压结构质量、结构强度和稳定性之间的矛盾,进而提升UUV综合性能,提出一种基于组合加权响应面法的多目标优化方法。通过试验设计得到初始采样点,利用有限元工具计算响应值并构建代理模型;然后,以折衷规划法对子目标进行归一化处理,采用组合加权法设定子目标权重系数,以进行耐压结构的多目标优化设计。以某型UUV为例,利用所提方法对其梯形肋骨耐压结构进行多目标优化设计,优化后耐压结构质量减轻了6.6%,肋骨应力下降了6.7%,同时满足稳定性要求。在此基础上,分别以质量为优化目标和以质量、结构强度和稳定性为综合优化目标,对不同肋骨形式耐压结构进行优化设计。结果表明:梯形肋骨耐压结构的综合优化效果最佳。该研究方法适用于UUV耐压结构的多目标优化,研究结果可为UUV耐压结构优化设计提供理论指导,具有实际工程意义。     

机械基础结构多目标拓扑优化设计方法

机械的基础结构在保证具有足够的刚度、强度和稳定性的条件下,经济性也必须要好,因此机械基础结构常采用内部布置有加筋板的箱体结构。以某机械基础结构为例,分别用基于经验设计的内部筋板布置方法和多目标拓扑优化方法进行优化设计,得到了2 种设计方案;比较了2 种方案的动静态力学性能。结果表明,多目标拓扑优化设计的基础结构比一般经验设计的结构,刚度有所提高,而结构质量减小11. 21%,一阶固有频率提高25. 07%。     

失效模式约束下层级褶皱结构的多目标优化

基于欧拉梁和弹性薄板理论,该文分析了二级层级褶皱结构的板模型在剪切或压缩载荷下对应的六种失效模式及对应的名义应力。通过比较名义应力值,控制发生的失效模式类型,并结合多目标优化算法,同时进行最小重量和最小挠度的性能优化。该文建立了两种优化模型：一是控制首次发生的失效模式类型;二是根据损失大小将失效模式分级,并按照等级序列发生。在此基础上,讨论了两种优化模型的Pareto前沿图中典型设计点的性能指标,最后采用有限元分析验证失效模式类型。结果表明：两种优化模型得到的结构设计,分别与控制发生的类型一致,综合性能得到极大提升;第二种模型考虑了应力值的差异,防止结构突然发生整体失效,更加安全。     

半导体制冷应用于新型膜组件冷腔的试验研究

以新型气隙式膜蒸馏冷腔为研究对象,拟寻求合适的制冷源来代替大型、高耗能的制冷机。实验采用大空间空气强制对流散冷和循环水浴散热的方式,测试分析在特定条件下半导体冷端温度的变化规律,探求适合于空气隙膜蒸馏冷腔的片数及运行工况。研究结果表明,散热循环水浴流量和温度对半导体冷端的温度影响很大,环境温度的变化对半导体冷端温度也有一定的影响。同时并且适合于长时间运行,制冷迅速,稳定性好。在风机风量每小时60立方米,室温24℃,散热循环水浴流量每小时700升,温度20℃的条件下,半导体冷端温度是9.7℃,可以达到膜蒸馏冷腔所需的温度条件。可以作为优化气新型隙式膜组件冷腔的首选方案。     

半导体制冷器制冷参数的性能分析

本文研究了半导体制冷器冷、热端在第三类边界条件下对N-P型电臂进行传热分析和数值计算,并考虑了汤姆逊效应的影响,得出了半导体制冷器的制冷参数随散热强度和电流改变的变化规律,为实际工作状态下的半导体制冷器的优化设计提供了依据。     

半导体制冷冰箱的研究

主要介绍以半导体器件为制冷源的新型绿色食品冰箱.采用帕尔贴效应的制冷方法,使其具有换气、除臭、冷藏、冷冻、食品保鲜等多项功能.该冰箱无污染,制冷速度快,噪声低,具有潜在的市场开发前景.     

热电制冷强化风冷散热模块的工作特性分析

热电制冷器(TEC)可以强化散热器冷却性能,但受热端散热强度、工作电流、工作热负荷等参数影响较大。本文建立了TEC强化风冷散热模块的有限元分析模型,对其温度分布、工作特性进行了系统的理论和实验研究,并提出了确定TEC强化风冷散热模块有效工作电流、有效热负荷和有效制冷系数范围的方法。仿真和实验结果表明:特定的TEC强化风冷散热模块存在一个极限热负荷Q_c,max,仅在工作热负荷Q_cc,max,且TEC工作电流处在有效范围内时,才可获得比无TEC的风冷散热模块更低的芯片结温,即TEC表现出强化散热器冷却性能的特点;有效工作电流范围会随Qc的增大而减小;增大热端散热强度可以降低芯片结温,但对于提升Q_c,max效果较小;制冷系数(COP)在有效范围内存在一个极值点,小于此值时芯片结温会随COP的减小而迅速增大。     

热电冷却微流体芯片的温度响应特性优化研究

精确的温度调控是微流体技术在生化分析和医学诊断等方面发展应用的重要保障。为实现微流体芯片目标区域的温度控制,本文设计了基于异型结构热电制冷器的微流体芯片温度控制系统,通过数值模拟和实验测试分析了该温控系统的传热特性及及温度响应特性。研究结果表明：采用的热电制冷器可将微流体芯片样品池的温度降至-24 ℃,但样品池的降温速率远小于热电制冷器的冷端降温速率,存在温度响应迟滞问题。为此,进一步提出了带有聚冷结构的系统优化,结果表明：聚冷结构的引入虽然会带来少量的冷量损失,但可以显著提升该温控系统的温度响应速率,有效减少响应时间。对于T型聚冷结构,当下底直径为14 mm和10 mm时,可分别将温度响应时间减少30%和40.7%。     

半导体降温服交盖效应的实验研究

近年来,频繁的高温天气已经严重影响作业人员的身心健康,因此有必要研制降温服以改善工人工作条件。通过对半导体降温服的部分制冷性能进行实验研究,结果表明:当最大制冷量为68.9 W的单个制冷片工作时,以P_0为中心,半径相同处,温度也基本相同,且随着距离的增加,各测点温差降低率先加快后减慢;当三个制冷片工作时,温度变化呈现一定的差异性,且随着距离的增加,P_5~P_8和P_9~P_(12)测点的温差先降低后上升,在距离制冷中心3 cm处有明显的转折点;半导体降温服交盖效应的范围为以制冷中心为圆心、半径4 cm左右的圆域,且在相邻两个制冷片距离相同的情况下,当制冷中心位于同一水平线时,交盖效应更明显。研究为半导体降温服的应用提供了一定的指导意义。     

某特种设备热电制冷热端散热实验研究

热电制冷元件是一种高热流密度元件,在红外测量、低温超导、空间技术等领域有广泛的应用。本文建立了实验装置并对高温43℃下某特种设备热电制冷热端在几种不同散热方式下制冷效果进行了比较,证明了可通过改善传热条件来提高其制冷量。     

Thermoelectric Properties of Chalcogenides with the Spinel Structure

Many compounds with the spinel structure type have been analyzed for their thermoelectric properties. Published data was used to augment experimental results presented here and to select promising thermoelectric spinels. Compounds studied here include Cu_0.5Al_0.5Cr₂Se₄, Cu_0.5Co_0.5Cr₂Se₄, Cu_0.5In_0.5Cr₂Se₄, and CuIr₂Se₄. Many exhibit low lattice thermal conductivity of about 20 mW/cmK, independent of temperature. Two representative series of compounds Ga_xCu_1-xCr₂Se₄ 0≤x ≤ 0.6 and Cu_xZn_1-xCr₂Se₄ 0≤x≤ 0.3 have been studied to examine the doping region of interest for both high and low temperature thermoelectric applications. Ferromagnetic, small polaron semiconductors are found in both series of compounds. Ga_xCu_1-xCr₂Se₄ shows a metal insulator transition, from a p-type metal at x=0 to a p-type and then n-type semiconductor as x crosses 1/2. The maximum figure of merit ZT is of order 0.1. Cu_xZn_1-xCr₂Se₄ transitions from a p-type semiconductor to a p-type metal as x increases. Received: 9 February 2001 / Reviewed and accepted: 9 April 2001     

改进的蚂蚁算法在几何约束求解中的应用

将几何约束问题转化为数值优化问题。把蚂蚁算法引入几何约束求解中。在所有的操作中,由于没有涉及到在 Newton-Raphson 中遇到的矩阵求逆操作,因此蚂蚁算法具有很强的鲁棒性。笔者在基本蚂蚁算中混入局部优化算法,对每代的最优解进行改进,进一步加快蚂蚁算法的收敛速度。为了避免蚂蚁一开始就失去解的多样性,笔者改进了选择策略。为了克服蚂蚁算法计算时间较长的缺陷,这里引入遗传算法中的变异算子,经过局部优化后,整个群体的性能会有明显改善,使得算法保持更好的多样性。由于该算法对方程的个数和变量的个数没有什么特殊的要求,因此可以处理欠约束问题。     

Multi-objective planning of a multiple geostationary spacecraft refuelling mission

The multi-objective optimization of multiple geostationary spacecraft refuelling is investigated in this article. A servicing spacecraft (SSc) and a propellant depot (PD), both parked initially in geostationary Earth orbit (GEO), are utilized to refuel multiple GEO targets of known propellant demand. The capacitated SSc is expected to rendezvous with fuel-deficient GEO targets or the PD for the purpose of refuelling or getting refuelled. The multiple geostationary spacecraft refuelling problem is treated as a multi-variable combinatorial optimization problem with the principal objective of minimizing the propellant consumption and the mission duration. A two-level optimization model is built, and the design variables are the refuelling order X, the refuelling time T and the binary decision variable S. The non-dominated sorting genetic algorithm is employed to solve the up-level optimization problem. For the low-level optimization, an exact algorithm is proposed. Finally, numerical simulations are presented to illustrate the effectiveness and validity of the proposed approach.     

层状结构钴酸盐热电材料的理论分析与研究

采用密度泛函离散变分法计算了具有不同中间层的Na-Co-O和Ca-Co-O体系的电子结构和化学键。结果表明,在费米能级附近,两体系均有较强的峰值,且CoO2层中Co 3d和O 2p对价带和导带的贡献表现相似,Co3d在费米能级附近做主要贡献。通过对中间层比较分析可知,Na层中Na-Na之间存在金属键,而Ca2CoO3层则表现出明显的各向异性特征,这些也可从键级计算与波函数图形中看出。两体系的层间分别存在Na-O和Ca-O的弱结合,在NCO体系中还存在Na-Co的键性弱结合。由此可以看出,对两体系Na、Co和Ca的组分调节都将对材料的热学和电学性能产生影响。     

Multi-objective optimization of a flexible slider-crank mechanism synthesis,based on dynamic responses

This work deals with a multi-body system synthesis. A flexible slider crank mechanism has been investigated as an illustrative application. The main interest is focused on the mechanism design variables’ identification based on its dynamic responses. Three responses have been involved such as the slider velocity, the slider acceleration and the mid-point transversal deflection of the flexible connecting rod. Each of these responses has been embroiled separately in a mono-objective optimization. Subsequently, the multi-objective optimization subsuming these responses has been established. Two different optimization methods have been studied namely the genetic algorithm (GA) and the particle swarm optimization (PSO) technique. It has been proved that the multi-objective optimization presents more accurate results beside the mono-objective optimization. Compared to the GA, the PSO is more powerful and is able to identify the mechanism design variable with better accuracy, in spite of the affordable computational time allowed with the GA optimization.     

Multi-objective optimal design of sandwich panels using a genetic algorithm

In this study, an optimization problem concerning sandwich panels is investigated by simultaneously considering the two objectives of minimizing the panel mass and maximizing the sound insulation performance. First of all, the acoustic model of sandwich panels is discussed, which provides a foundation to model the acoustic objective function. Then the optimization problem is formulated as a bi-objective programming model, and a solution algorithm based on the non-dominated sorting genetic algorithm II (NSGA-II) is provided to solve the proposed model. Finally, taking an example of a sandwich panel that is expected to be used as an automotive roof panel, numerical experiments are carried out to verify the effectiveness of the proposed model and solution algorithm. Numerical results demonstrate in detail how the core material, geometric constraints and mechanical constraints impact the optimal designs of sandwich panels.