高效率废热回收热电热水器

摘要

在21世纪，随着能源需求的增加与储量的减少，我国的能源形势不容乐观。同时，我们目前主要利用的一次能源，不仅储量越来越少，同时对环境造成了极为恶劣的破坏，严重影响了人类的健康生活。作为新型补充能源的太阳能、风能和热核能，受到成本费用、地域、气候、技术等方面的限制，暂时无法满足需求。这样，更有效的利用好一次能源很有必要。
　　 热电热水器由于其高的制热效率，对节约能源很有帮助。前人设计热电热水器时，仅根据实验现象定性解释了不同工况下制热效率变化的原因，忽略了与热电热水器制热效率关系密切的接触效应与散热片性能，这对于完善热电热水器设计理论是不够的。
　　 本论文重点研究从淋浴废水中回收废热。在前人实验的基础上，通过实验和数值计算，结合有限元仿真，讨论了散热片结构、换热片结构、接触温差、输入电流、成本等因素对制热效率的影响。为在不同工况下设计热电热水器提供了理论依据。
　　 本论文的主要内容如下：
　　 本论文以理论与实验相结合的方式讨论了接触效应、散热片结构、换热装置、水温、输入电流等因素对总制热效率的影响。根据理论计算，发现在大温差、大输入电流的情况下，引入直接换热可以提高总制热效率。然后通过在不同工况下热电热水器制热性能的测试，对计算结果进行了验证。通过对不同输入功率情况下制热效率的分析，发现高的制热效率需要以高的成本为代价。
　　 为了提高散热片与换热片性能，以提高热电热水器总制热效率和换热片利用率，使用了ANSYs的流固耦合功能，对散热片与换热片进行了优化仿真。
　　 本论文结合实验、仿真、数值计算，对热电热水器的制热性能进行了深入的探讨，为其实用化提供了理论依据。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究背景

1.2研究现状

1.2.1目前热水器市场形势

1.2.2散热器及换热器现状

1.2.3散热器及换热器设计研究现状

1.2.4热电材料发展现状

1.3研究方法概述

1.4本论文的工作

第二章基本理论与仿真软件简介

2.1热电效应基本理论

2.1.1塞贝克效应

2.1.2珀尔帖效应

2.1.3焦耳效应

2.1.4傅里叶效应

2.1.5热电材料的性能参数——优质系数ZT

2.1.6热泵制热原理

2.2热传递基本理论

2.3流体力学与传热学基本理论

2.3.1雷诺数

2.3.2速度边界层

2.3.3热边界层

2.3.4压强损失

2.4仿真软件ANSYS简介

第三章理论分析与计算机仿真

3.1影响热电热水器效率的各个因素

3.2散热片有限元仿真

3.2.1矩形翅片散热片

3.2.2对材料导热性影响的的仿真

3.2.3流量对散热片性能的影响

3.2.4矩形翅片散热器的改进

3.3换热片有限元仿真

3.3.1顺流逆流对换热的影响

3.3.2长度对换热的影响

3.3.3流量对换热的影响

3.3.4流体温度对换热的影响

3.4热电偶结构尺寸优化

第四章实验与数据分析

4.1实验设计

4.2实验准备工作

4.2.1可变直流电源

4.2.2热水器的加工装配

4.2.3测量仪器

4.3实验测量

4.4实验数据处理

4.4.1热电模块加热段数据处理

4.4.2初始温度数据处理

4.4.3实际工况的延伸推导

4.4.4加入直接换热段的影响

第五章前景展望

5.1接触热阻

5.2智能控制系统

第六章结论

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果