热电制冷器界面接触效应的分析研究

发布时间：2020-03-25 00:45

【摘要】：芯片强化冷却是面向国家重大战略需求的关键科学技术问题,热电制冷是冷却芯片的有效方式之一。有必要建立统一有效的热电制冷器模型,并对其制冷模式下的制冷特性进行统一分析。但是现有的理想模型都是基于一个理想状态的单级器件结构,忽略了接触电阻和接触热阻的影响,不能对器件的特性给出较好的描述。本文首先以热电制冷基本理论和热量传递理论为基础,利用热阻网络法对热电制冷器内热量的传递特性及机理进行较为系统地理论分析和数值模拟,建立了热电制冷的界面接触效应模型,为高性能热电制冷器的研制和开发提供参考依据。结果表明,在制作热电制冷器时,以单位面积制冷量更大为目标时,热电制冷器的热电臂应该越短;以制冷效率更大为目标时,热电制冷器的热电臂应该越长,因此在制造热电制冷器时,需根据实际需求选择合适的热电臂长度。当冷端温度不固定,随着冷热端温差减小,各尺寸热电制冷器单位面积制冷量会不断增大;当冷端温度固定时,随着热电臂尺寸变短,单位面积制冷量会增大。其次对薄膜型热电制冷器冷却芯片的过程进行了数值模拟研究。对薄膜型热电制冷器的制冷性能随电流的变化进行了分析,分析了接触电阻、接触热阻对薄膜型热电制冷器的制冷温度的影响。结果显示,从接触电阻和接触热阻的对比分析来看,接触热阻对薄膜型热电制冷器性能的影响比接触电阻大很多。结果发现界面接触效应的存在使热电制冷器对芯片热点的最大平均冷却效果减弱了5.6K。且在有效工作电流范围内,接触热阻比接触电阻对热电薄膜制冷器冷却性能的影响更大。
【图文】：

图 1-1 塞贝克效应示意图帕尔贴效应是塞贝克效应的逆反应，它是将电能转换为热能的一种热电效应1-2 所示，，当电流通过两个不同的导体 A 和 B 形成的通路时，在导体接头处吸热或放热现象，此时在接头处吸收和放出的热量被称之为帕尔贴热。帕尔小与通过回路的电流 I 成正比，二者关系式如下：T=ABQ I(1-2，πAB被称之为帕尔贴系数，单位为 V。

图 1-1 塞贝克效应示意图贝克效应的逆反应，它是将电能转换为热能通过两个不同的导体 A 和 B 形成的通路时，此时在接头处吸收和放出的热量被称之为电流 I 成正比，二者关系式如下：T=ABQ I帕尔贴系数，单位为 V。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB657

【参考文献】

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本文编号：2599125