【摘要】：熱電制冷技術(shù)由于無(wú)污染,無(wú)噪音的特點(diǎn)廣受關(guān)注,但受散熱的影響,熱電制冷量及制冷效率仍處于較低水平。熱管散熱器作為一種高效傳熱單元,結(jié)合熱電制冷技術(shù),可解決熱電芯片面積小,熱流密度大的問(wèn)題。然而在自然對(duì)流條件下散熱器總熱阻較高,限制了熱電制冷性能的進(jìn)一步提升。為此,本文對(duì)熱電芯片熱端的散熱器展開(kāi)數(shù)值研究,以期減小自然對(duì)流熱阻,同時(shí)提升熱電芯片的制冷性能。本文首先建立了熱管散熱器的數(shù)值模型,利用計(jì)算流體力學(xué)的方法得到散熱器整體在自然對(duì)流條件下的換熱特性并作出分析。結(jié)果表明,受熱管穿插位置的影響,散熱器翅片陣列中溫度分布不均勻。在翅片與空氣之間的熱量傳遞過(guò)程中,存在空氣流動(dòng)速度小,沿程阻力高等不足,使得翅片陣列對(duì)流換熱系數(shù)較低,散熱效果差。為改善熱管散熱器傳熱性能,本文提出了具有連續(xù)變化高度的非等高翅片陣列設(shè)計(jì),并探究該設(shè)計(jì)中最大高度差p和間距s對(duì)散熱器傳熱特性的影響。與相同條件下的等高翅片陣列相比,非等高翅片陣列在降低流動(dòng)阻力方面具有優(yōu)勢(shì),且隨著最大高度差p的增高,優(yōu)勢(shì)越為明顯。對(duì)非等高翅片作進(jìn)一步參數(shù)研究發(fā)現(xiàn),系統(tǒng)的傳熱性能和重量受翅片間距s和翅片高度差p的影響顯著。在散熱面積和散熱強(qiáng)度的綜合作用下,散熱器傳熱性能呈非單調(diào)性變化。借助于多目標(biāo)遺傳算法與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的優(yōu)越性,本文搭建了完善的散熱系統(tǒng)優(yōu)化體系。目的在于能夠綜合考慮散熱器的熱阻與質(zhì)量需求,得出不同權(quán)重值下的相對(duì)最優(yōu)設(shè)計(jì)參數(shù)。結(jié)果表明,散熱器在優(yōu)化后換熱性能提高了7.80%,成本上降低了50.72%,優(yōu)化參數(shù)在設(shè)計(jì)變量范圍內(nèi)呈帶狀分布。通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)設(shè)計(jì)變量進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí),預(yù)測(cè)誤差可保持在5%之內(nèi)。采用優(yōu)化后的散熱器結(jié)構(gòu)為熱電制冷芯片熱端散熱時(shí),熱電制冷性能得到提升。以優(yōu)化結(jié)果為基礎(chǔ),本文建立理論模型分別探討了冷卻溫度T_c'和冷端熱阻R_(cv)對(duì)熱電制冷系統(tǒng)性能的影響。研究發(fā)現(xiàn),熱電制冷系統(tǒng)的最大制冷量Qc_(max)隨T_c'和R_(cv)呈線性變化。相較于冷端熱阻的影響,冷卻溫度對(duì)TEC性能的影響更大。
【圖文】：

圖 1-2 常見(jiàn)熱管散熱器(圖片來(lái)自互聯(lián)網(wǎng)) 性能的影響要散出熱量為熱電芯片輸入功率與其制冷的散熱方式。探討熱端散熱器對(duì)熱電芯片阻是研究熱電制冷的熱點(diǎn)和難點(diǎn)[16-17]。TEC 散熱的三種翅片式散熱器（百葉窗式，，尋找翅片在不同長(zhǎng)度下的最優(yōu)翅片間距和進(jìn)行對(duì)比。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)三種散熱器中交錯(cuò)阻減小了 3.28%。百葉窗式散熱器三者之起平板式散熱器，使用交錯(cuò)式散熱器對(duì) TE熱電制冷 COP 提升 24.4%，制冷量提升

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文2 熱電制冷原理與理論模型電制冷芯片原理電制冷片是由兩種不同的半導(dǎo)體材料連接在一起的固態(tài)能量轉(zhuǎn)換器。如圖電制冷片的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，主要由 n 型材料（含負(fù)電荷載流子，電子）和 p 型材載流子，空穴）組成。這些單獨(dú)的 n 型和 p 型材料被稱為熱電元件。導(dǎo)熱瓷）用于將這些熱元件連接在一起，金屬互連用于傳導(dǎo)電流。當(dāng)施加電壓熱量從一側(cè)帶到另一側(cè)，使得一側(cè)冷卻而另一側(cè)升溫，從而實(shí)現(xiàn)電串聯(lián)與
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TK172;TB61

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2629643