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基于半导体制冷的汽车局部空调系统关键技术研究
| 论文题名： | 基于半导体制冷的汽车局部空调系统关键技术研究 |
| 关键词： | 半导体制冷;汽车局部空调;当量温度;人体热感觉偏差;近似模型 |
| 摘要： | 在炎热夏天当驾驶室内只有驾驶员一人时，若开启传统汽车空调对整个驾驶室制冷，空调总能耗在3kW以上，这不仅会造成能源浪费还会对汽车动力性产生负面影响，而且制冷剂HFC-134a的泄漏还会加剧温室效应。在这种情况下，只对驾驶员周围局部环境制冷的无制冷剂的汽车局部空调具有很高的研究价值，汽车局部空调系统不仅能满足驾驶员个人热舒适性，其能耗也低于传统汽车空调。和传统制冷技术相比，半导体制冷技术具有结构紧凑、维修方便、布置灵活、无制冷剂、对车体动力影响小等得天独厚的优点，非常适合用来组成局部空调对驾驶室局部环境进行制冷。基于半导体制冷技术的汽车局部空调系统非常符合当前节能减排、舒适环保的背景，而目前国内外对局部空调的研究大多局限于建筑领域，在汽车领域的研究尚未展开，本文将采用理论分析、实验研究和数值模拟的方法对汽车局部空调系统的关键技术进行研究和论证。 本文从传热学的角度建立半导体制冷装置的稳态热力学模型，分析各因素对半导体制冷装置性能的影响，为局部空调系统的研究和设计提供理论支撑。本文给出两种半导体制冷装置的设计方案，并通过数值模拟软件对其进行瞬态传热性能分析，研究这两种制冷装置在不同运行工况下制冷性能的变化，以挖掘车载半导体制冷装置的潜力。本文对半导体制冷装置的实际性能进行台架试验，研究其出风温度、输入功率、工作电流这三者间的关系。然后将六个半导体制冷装置布置在天龙重卡驾驶室中组成局部空调系统并进行实车实验研究，通过分析驾驶员皮肤温度变化研究汽车局部空调系统的制冷效果和舒适效果。 本文以1:1的比例建立包含精确驾驶员人体模型的天龙重卡驾驶室模型，通过CFD的方法研究局部空调系统工作时驾驶室的内流场分布和人体表面温度分布。本文选择当量温度和人体热感觉偏差为热舒适性评价指标，研究不同局部空调运行工况下驾驶员个人的热舒适性，寻找局部空调系统存在的缺陷。然后以局部空调系统内六个半导体制冷装置的送风温度为设计变量，以驾驶员整体热感觉偏差和局部空调输入功率为优化目标，利用神经网络建立局部空调系统的近似模型，通过遗传算法对局部空调系统的综合性能进行优化。研究结果表明在最优方案下，驾驶员整体热感觉偏差为0.363，各部位均处于舒适状态，局部空调总能耗为803.8W，相比传统汽车空调节约能源约66%，节能效果显著。 |
| 作者： | 杜涵 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 苏楚奇 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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