两级吸收式制冷机的优化分析

建立一种不可逆的两级吸收式制冷机模型,考虑有限速率传热和工质内部不可逆性对制冷机性能的影响.以总热导率为优化目标函数,获得最小总导热率与热源熵变化率的关系,并得到了热力学第二定律的类比表达式,导出最佳制冷率、性能系数和总热导率之间的优化关系,分析了工质内部不可逆性对制冷机性能的影响,所得结论可以描述同时受内外不可逆性影响的两级吸收式制冷机的优化特性,可为两级吸收式制冷机的优化设计和性能改进提供新的理论途径.     

双级斯特林制冷机的最优性能

研究了热阻、回热损失对双级斯特林制冷扎性能的影响．求出了最佳制冷率与yong效率之间的关系，给出了该机一些新的有限时间热力学性能界限。     

热声制冷微循环的特性优化

建立包含直线过程的热声制冷微循环模型,简要描述了热声微循环过程. 应用有限时间热力学的方法分析此模型的循环最优性能,求出了包含直线过程的热声微循环吸热与放热的临界点、循环的制冷量、制冷率及制冷机的性能系数;并由数值模拟得出热声制冷微循环中,制冷量、制冷率以及制冷机性能系数与直线过程压强比和等压过程体积比之间的特性关系. 结果表明:制冷机的制冷量随着等压过程体积比的增大而增加;等压过程体积比给定的条件下,直线过程压强比越小的制冷机获得的制冷量就越大;适当的压强比或体积比可以有效的提高制冷机的性能系数.     

导热规律为qα△1/T的三热源制冷机的最优性能

讨论了导热规律为qαΔ1/T,仅有热传导不可逆的三热源制冷机的最优性能,导出了有最大制冷率时的制冷系数,从而阐明了热阻的存在、导热规律的不同对三热源制冷机最优性能的影响。     

不可逆四热源吸收式制冷机的最优性能

为从热力学角度获得吸收式制冷机更为有用的性能上界,建立其四热源循环模型.该模型将吸收式制冷机视为一个由不可逆卡诺热机驱动的不可逆卡诺制冷机的联合循环系统,考虑热阻及工质内部耗散的不可逆性.运用优化理论,推导出:制冷量与性能系数间的基本优化关系;总热导率在各换热器间的最优分配关系;最大制冷量及相应性能系数的一般表达式.与三热源制冷循环模型相比,四热源制冷循环模型更接近于实际的吸收式制冷机.     

温差电组件串并联连接的热阻解析模型

为了选择合适的温差电组件和外部换热器,根据非平衡态热力学理论和牛顿冷却定律,对温差电组件采用串并联连接方式的温差发电系统进行了研究,导出了系统输出功率的热阻解析模型,探讨了温差电组件总数量、并联组件数量、热电模块及其热端和冷端的热阻等对系统性能的影响.结果表明,系统电阻与负载电阻、热电模块热阻与其热端和冷端的热阻之间存在匹配关系,能使系统获得最大的输出功率;随着并联组件数量的增加,最大输出功率和回路电流得到了提高,但系统的输出电压却降低了.研究结果为温差发电系统的合理装配及性能优化提供了理论参考.     

PCR热循环系统热性能影响因素的等效电路研究

根据热电相似性理论,建立基于半导体制冷片的聚合酶链反应(PCR)热循环系统的等效电路模型,将系统中各部件的热参数等效替换成相应的电路参数.利用该模型,分别分析在加热和制冷模式下,驱动电流、散热器热阻和样品块材料等因素对PCR热循环系统热性能的影响程度,得到了在各工作状况下样品块温度的稳态和动态曲线.结果表明：当驱动电流取最佳值Im时,系统可获得最佳制冷效果;驱动电流越大或材料的热容越小,系统升降温速度越快;材料不同对系统的Im值无明显影响;散热器热阻越小,样品块温度稳态值越低,系统的Im值越大.在设计时选择低热容的材料、低热阻的散热器以及最佳Im,可使系统获得最佳的热性能.     

三热源吸收式制冷机的传热面积优化

建立了一种可以充分利用低温热源驱动而获得制冷量的三热源制冷机模型，考虑传热及工质内部的摩擦、涡流和其它不可逆性对三热源制冷机循环性能的影响，以总传热为优化函数，导出其最小传热面积与三热源熵变化率的关系并得到了热力学第二定律的类比表达式，获得了最佳制冷率与性能系数和传热面的优化关系，分析了工质内部不可逆性对制冷机性能的影响，所得结论可以描述同时受内外不可逆性影响的三热源吸收式制冷机的优化特性，可为吸收式制冷机的优化设计和性能改进提供新的理论途径。     

三热源吸收式制冷机的传热面积优化

建立了一种可以充分利用低温热源驱动而获得制冷量的三热源制冷机模型,考虑传热及工质内部的摩擦、涡流和其它不可逆性对三热源制冷机循环性能的影响,以总传热面积为优化函数,导出其最小传热面积与三热源熵变化率的关系并得到了热力学第二定律的类比表达式,获得了最佳制冷率与性能系数和传热面的优化关系.分析了工质内部不可逆性对制冷机性能的影响,所得结论可以描述同时受内外不可逆性影响的三热源吸收式制冷机的优化特性,可为吸收式制冷机的优化设计和性能改进提供新的理论途径.     

磁性斯特林制冷机的有限时间热力学分析

本文研究传热不可逆，过程进行速率有限对磁性斯特林制冷机最优性能的影响。导出最佳制冷率和制冷系数的关系，从而丰富了制冷循环的有限时间热力学理论。     

含发热元件密闭空间热电制冷器瞬态特性

为了研究密闭空间中发热元件对热电制冷器瞬态特性的影响,基于有限时间热力学理论,建立工作在含发热元件制冷空间中的热电制冷器计算模型.采用热阻网络分析方法,分析不同工况下关键参数对热电制冷器瞬态特性的影响,得到制冷空间温度、制冷系数、制冷量等性能参数随时间的变化规律.分别改变发热元件功率、工作电流、冷却水流速和填充系数,对比分析不同工况下的最低制冷温度和制冷系数变化,得到热电制冷器工作参数的瞬态特性.搭建水冷式热电制冷器的测试平台,开展密闭空间热电制冷器的瞬态特性测量实验.结果表明,当发热元件功率分别为0.95、4.85和13.3 W时,仿真计算温降分别为8.96、8.33和6.94 K,实验测得温降分别为6.75、5.63和4.00 K,温度变化趋势一致,验证了计算模型.     

两类微型制冷机的性能特征分析

讨论了三态和五态制冷机模型。基于主方程,推导出2种微观制冷机制冷系数和制冷率的解析表达式,制冷率随制冷系数的变化关系是开型曲线。研究表明：三态以及五态模型制冷机的最大制冷率及对应的制冷系数均随热库温比单调增大;五态模型制冷机中的阶梯宽度对其制冷率和制冷系数的影响是单调递增。     

不可逆磁性斯特林制冷机的最佳参数

建立了以顺磁质为工质的磁斯特林制冷机的不可逆模型．导出了不可逆磁斯特林制冷机的最大制冷率以及对应的最佳制冷系数．     

太阳能温差发电系统的性能

建立太阳能温差发电系统的数学模型,利用温差发电技术将太阳能直接转化为电能.考虑冷却系统的功耗,分析聚焦倍率以及冷却水流量对太阳能温差发电系统的净输出功率与净发电效率的影响.结果表明,存在最优的冷却水流量及最优的聚焦倍率,使得系统发电性能最大,最大净输出功率与净发电效率分别为15.86 W和5.61%;对温差发电器热端进行必要的保温,能够提高系统的发电性能.     

1／2自旋不可逆量子卡诺热机输出功率和熵产率的协调优化

研究受热阻和热漏影响的不可逆费米量子卡诺热机输出功率和熵产率的协调优化性能，得到了Ｅ目标最大时量子热机的最佳特性参数．     

双声源驱动热声制冷机特征时间的熵产分析

在有限时间热力学理论的基础上,对双声源驱动热声制冷机的回热器声场进行分析,以特征时间为特征参数来表征热声系统的换能效应,寻求特征时间与回热器熵产之间的最优关系以及其他因素对熵产率的影响. 结果表明:熵产率随着特征时间的减少,到达一个极小点后再平缓增大,通过调节阻抗比,寻求到一个最佳阻抗比值所对应的最小熵产率, 存在一个最优特征时间使得系统的不可逆熵产最小,此时不可逆能量损失最小,有效的提高了双声源驱动热声制冷机效率,有利于双声源驱动系统运行.     

量子斯特林制冷机火用经济优化准则

研究了量子斯特林制冷机的有限时间火用经济最优性能，得到了量子制冷机的最大利润率和最佳制冷系数，导出了制冷率和制冷系数之间的优化关系．     

Analysis of heat transfer of loop heat pipe used to cool high power LED

A novel loop heat pipe (LHP) cooling device for high power LED is developed. The thermal capabilities, including startup performance, temperature uniformity and thermal resistance of the loop heat pipe under different heat loads and incline angles have been investigated experimentally. The obtained results indicate that the thermal resistance of the heat pipe heat sink is in the range of 0.19–3.1 K/W, the temperature uniformity in the evaporator is controlled within 1.5°C, and the junction temperature of high power LED can be controlled steadily under 100°C for a heat load of 100 W.     

Electrically driven chip cooling device using hybrid coolants of liquid metal and aqueous solution

Heat dissipation of electronic devices keeps as a tough issue for decades. As the most classical coolant in a convective heat transfer process, water has been widely adopted which however inherits with limited thermal conductivity and relies heavily on mechanical pump. As an alternative, the room temperature liquid metal was increasingly emerging as an important coolant to realize much stronger enhanced heat transfer. However, its thermal capacity is somewhat lower than that of water, which may restrict the overall cooling performance. In addition, the high cost by taking too much amount of liquid metal into the device also turns out to be a big concern for practical purpose. Here, through combining the individual merits from both the liquid metal with high conductivity and water with large heat capacity, we proposed and demonstrated a new conceptual cooling device that integrated hybrid coolants, radiator and annular channel together for chip thermal management. Particularly, the electrically induced actuation effect of liquid metal was introduced as the only flow driving strategy, which significantly simplified the whole system design. This enables the liquid metal sphere and its surrounding aqueous solution to be quickly accelerated to a large speed under only a very low electric voltage. Further experiments demonstrated that the cooling device could effectively maintain the temperature of a hotpot (3.15 W/cm²) below 55ºC with an extremely small power consumption rate (0.8 W). Several situations to simulate the practical working of the device were experimentally explored and a theoretical thermal resistance model was established to evaluate its heat transfer performance. The present work suggests an important way to make highly compact chip cooling device, which can be flexibly extended into a wide variety of engineering areas.     

重力型热管散热器传热特性的实验研究

孙志坚，王立新，王岩，吴存真，岑可法选择水作为工质，通过确定蒸发段和冷凝段的结构尺寸，设计研制了电子器件重力型热管散热器，建立了其传热性能测试实验平台，测试了在不同散热功率、进口风温和进口风速下热源表面的温度，比较并分析了测试结果.研究表明,重力型热管散热器具有良好的散热性能，可满足较高热流密度电子器件的冷却要求.性能测试台是改进散热器设计的重要手段，测试系统风速、风温及散热功率稳定，能达到设计时所要求的精度，为进一步研究重力型热管散热器的传热性能提供了实验基础.