基于热电制冷的气冷服中的流动与换热研究

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1、中图分类号：TB66论文编号：102870218-SZ009学科分类号：085206硕士学位论文基于热电制冷的气冷服中的流动与换热研究研究生姓名许鹏飞专业类别工程硕士专业领域动力工程指导教师唐豪教授南京航空航天大学研究生院能源与动力学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofEnergyandPowerEngineeringResearchontheFlowandHeatTransferinAirCoolingGarmentBasedonTherm

2、oelectricCoolingAThesisinPowerEngineeringbyXuPengFeiAdvisedbyProf.TangHaoSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的博/硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本

3、人授权南京航空航天大学可以将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、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要进入新时代，人民对美好生活的向往已成为全社会所为之奋斗的目标。在这样的大背景下，军警、消防、采矿等特种行业恶劣的工作环境越来越得到人们的关注。特种行业从业人员常常须忍受37℃以上的高温。身处如此环境中开展工作，作业人员的身体健康安全时刻面临着威胁。环境温度过高，人体产热不能及时散发，只能积蓄在体内，导致体温上升，产生热应激，这样一来作业人员注意力下降

4、，体力逐渐消耗殆尽，不仅降低了工作效率，而且容易引发生理异常，重者甚至威胁生命。因此，有必要研制出一套近体调温系统，改善人体微环境，即使身处恶劣境况也能保障人体热舒适性，从根本上杜绝了安全事故的发生。本文着力于研究基于热电制冷的气冷服系统，专门服务应用于特种行业从业人员。文章的主要工作包括以下几部分：（1）阐述分析人体热平衡系统理论模型，了解人体产热及散热的本质机理，把握体温调节的关键环节，围绕热平衡模型指引气冷服系统的研究与探讨；（2）逐一介绍气冷服系统的各个组成部件，其中重点探讨管路系统的方案设计对流动分离的影响，提出了螺旋型、横向型、纵向型三种管路模型，通

5、过数值模拟的方法分析对比发现：低流速条件下纵向型管路各出口气体质量流量分配最均匀，而高流速条件下以螺旋型管路气流分配最均衡，纵向型其次；同时横向型和纵向型管路出口质量流量存在突变值；（3）采用热电制冷器作为气冷服的制冷系统，针对传统对称型热电制冷器厚度较大的缺陷，借助热管横向引热，改变制冷器的宏观结构，构建引热型热电制冷器，再经优化设计后制冷器不仅厚度减小29.33%，而且制冷量和制冷系数也分别提高3.67%和4.14%；从微观角度出发，定义热电臂横截面积与高度之比为几何因子γ，研究了γ对热电元件制冷性能的影响，结果显示：为达到最佳制冷效果，高γ值热电元件适用于

6、大功率工况，而低γ值热电元件适用于小功率工况，这对于提高气冷服制冷量具有重要指导意义；（4）参考人体标准尺寸参数，建立了服装—管路—人体耦合物理模型。研究了气冷服中的流动与换热规律，发现螺旋式、横向式、纵向式模型的体表温度分布各自呈现上表面温度高于下表面、下表面温度高于上表面、后表面温度高于前表面的特点，同时也得到体表平均温度、内外温差与入口速度、入口温度之间的数学拟合关系。在螺旋式模型中，体表平均温度、内外温差与入口速度成线性关系，在横向式模型中成二次函数关系，在纵向式模型中成三次函数关系；而体表平均温度、内外温差与入口温度的关系，三种模型均呈现线性关系。关键

7、词：气冷服，热电制冷，管路，人体，耦合I基于热电制冷的气冷服中的流动与换热研究ABSTRACTInthenewage,thepeople'syearningforabetterlifehasbecomethegoalofthewholesociety.Undersuchbackground,thebadworkingenvironmentinmilitary,police,fire,miningandotherspecialindustriesisgettingincreasingattention.Practitionersinspecialindustrie

8、smustbearhig