热电制冷器的双目标优化研究

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1、zq分类号学号___________学校代码10487密级硕士学位论文热电制冷器的双目标优化研究学位申请人：梁婷学科专业：制冷及低温工程指导教师：陈焕新教授答辩日期：2015年5月16日AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreefortheMasterofEngineeringResearchontheBi-objectiveOptimizaitonofThermoelectricCoolerCandidate:LiangTingMajor

2、:Refrigeration&CryogenicsEngineeringSupervisor:HuanXinChenHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan,Hubei430074,P.R.ChinaJan,2015独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法

3、律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在____________年解密后适用本授权书。本论文属不保密□。于（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日摘要热电制冷作为一种新型的制冷

4、方式，具有减排环保、质轻紧凑、可靠稳定等优点，目前已广泛应用于航天航空、生物制药、电子散热等领域。但是，热电制冷因受限于半导体材料自身的性质，导致制冷量和制冷效率均较低，且不能同时达到最优值。因此，本文着眼于对一热电制冷器，借鉴多目标优化的思想，将制冷量和COP同时作为优化目标，旨在协调两者之间此消彼长的矛盾。本文主要研究内容分别是基于热电偶的理想模型和非理想数学模型，选取对模块性能影响较大的关键参数，如电流值等运行参数，以及如热电臂长度等结构参数，首先分析了电流和冷、热端换热面积分配比以及热电臂长度和空气夹层与热电臂截面积之

5、比对热电模块性能参数的影响，后以制冷量和COP为目标函数，再采用简化的共轭梯度法进行数值计算寻优。通过优化，旨在获得了不同权重系数下，能较好权衡制冷量和COP的最佳运行参数和最佳结构参数。研究结果表明，单变量、单目标优化并不能较好的权衡制冷量和COP。因此，基于模块水平的双目标优化，可获得不同权重系数下的最优运行参数，能较好协调模块的制冷量和COP之间不能同时达到最优的矛盾，如权重系数为0.3，与单变量优化对比，前者的性能系数有所降低（39.6%），但制冷量增加了204.92%，总的目标函数增加了7.3%；同时，基于热电偶单元

6、水平的双目标优化，可获得不同工作电流下，热电偶的最佳几何尺寸值，通过优化，模块的制冷量和COP相比原结构尺寸均有所改善，如电流3A时，制冷量和COP分别增长了7.5%和61.8%，总目标函数值增加了27.7%，且对应不同的工作电流，制冷量和COP的改善程度并不一样，如电流5A时，总目标函数值增加了249.6%，远远大于小电流工况。通过本文的研究，单元水平的结构优化和模块水平的运行参数优化，可为实际热电制冷模块的设计和运行，提供一定的理论参考。关键词：热电制冷器双目标优化简化的共轭梯度法协调IAbstractThermoelec

7、triccoolingwhichisanew-typerefrigerationmethodwithsomeadvantages,suchasemissionreductionandenvironmentalprotection、lightmassandcompactness、highreliabilityandstabilityetc.,hasbeenwidelyusedinaerospace、biologicalmedicineandelectronicheatdissipationetc.However,becauseo

8、fbeinglimitedbyinherentpropertiesofthermoelectricmaterials,thecoolingcapacityandcoefficientofperformance(COP)ofthermoelectriccoolingispret