微尺度薄膜热电脉冲过冷瞬态特性研究

发布时间：2020-11-14 21:24

　　 近年来电子元器件功耗增大而尺寸减小,导致微小元件的热流密度越来越大,传统块状热电制冷器已经无法满足需求。而微尺度薄膜热电制冷器具有体积小,与电子元器件集成时不受体积限制等特点,可以满足较大功率密度电子器件的散热需求,特别适合用于解决微型电子器件的热管理问题和进行温控,成为热电制冷领域的一个研究热点。本文利用COMSOL Multiphysics仿真软件建立了热电薄膜制冷器多物理场耦合模型,同时考虑了汤姆逊效应。研究了梯形、等腰三角形、斜升形、斜降形四种脉冲波形的瞬态过冷特性,对比了不同振幅、不同脉冲宽度时冷端温度的变化趋势,改变热电单元臂长、热端对流换热系数以及冷端负载,并研究了变物性参数和接触阻值的影响。仿真结果表明,不同于传统块状热电片,薄膜热电单元脉冲响应时间在1ms以内。四种脉冲波形均能使热电片制冷效果得到瞬时提高,当施加4mA的脉冲电流时,过冷温差可达到9K,是稳态时温降的9倍。初始时电流较高,然后缓慢降低的脉冲波形过冷性能较好,且脉冲振幅越大,冷端可以达到的最低温度越低,但同时最高温度也相应增大,恢复时间增长。本文还将热电薄膜制冷器应用于毫秒激光器的散热,结果表明施加2倍于稳态电流的梯形脉冲后,制冷效果比恒定电流时提高了69%左右。连续脉冲可以有效地降低激光器的芯片温度,从而保证激光器正常工作。施加连续脉冲时,在第一个脉冲之后,过冷温差稍有降低,但是随着脉冲次数的增加,芯片温度会呈现周期性变化。
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN60;TB383.2
【部分图文】：

薄膜型热电模块（8×8）
【参考文献】

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本文编号：2883966