基于热电制冷的翅片热管式散热器传热特性研究
发布时间：2021-07-07 08:37
随着全球气候变暖和环境污染问题加重,世界各国都在制定相关政策推进可持续发展战略。热电制冷技术是一种将电能直接转化成热的无污染制冷技术,其零污染、零噪音等优点使得热电制冷技术应用越来越广泛,研究热电制冷技术并提升其制冷能力对于推进可持续发展战略具有重要意义。本文基于热电制冷的翅片热管式散热器传热特性展开研究。通过数学理论计算对热电制冷工况进行分析,研究热电制冷器热端散热对制冷能力提升的重要性,分析热端散热方式对传热影响。本文主要工作内容如下:首先,本文研究方式是通过Icepak数值模拟的研究方法,介绍该软件在电子热控技术领域的专业性。介绍了翅片热管式散热器工作环境及其主要参数,对简化后模型进行网格划分并进行网格无关性验证。接着,通过数学理论叙述湍流模型、模型控制方程和传热计算方程的基本计算方法。提出两种不同结构翅片热管式散热器,对三种散热器传热特性进行研究,结果表明:2型非等长翅片热管式散热器综合性能表现最优。采用Icepak软件对热电制冷器热端的2型非等长翅片热管式散热器进行仿真研究,采用单因素分析方法,探索非等长翅片最大长度差p、翅片间距s、翅片厚度t对芯片U8温度、散热器热阻、散热...
【文章来源】：南华大学湖南省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
热电制冷模块的结构示意图
6Han等[43]将热电制冷器结合翅片式散热器进行试验，并分析多种结构翅片散热器对散热的影响，通过优化散热器结构，找出最佳的散热翅片厚度和翅片间距。使用交错式结构的散热器在散热性能上表现最优，相比于传统平直翅片结构的散热器，可有效降低3.28%的热阻，分析对比交错式散热器在制冷量上的表现，发现其制冷能力也有所提高，因此，使用该结构散热器可有效减小热阻并提升热电制冷效率。王卓等[44]用型号为T20005/127/060B的半导体模块为研究对象获取精确的半导体制冷模块热物性参数，研究认为该参数是分析TEC制冷能力的重要线索，文中分别运用常物性参数法、变物性参数法、热平衡法建立数学模型，得出不同电流下热电臂内的温度分布及制冷量随制冷温度的变化规律；研究显示，使用数学模型计算方法和热物性参数法获得的制冷量相比于实验所测得的真实值误差仅为1.5W。该方法尽管忽略了TEC的热电臂实际温度分布，但用此方法计算制冷量仍可作为可靠的理论依据。1.2.2热管散热技术的发展热管技术是上个世纪美国科学家LosAlamos提出的新型传热技术，研究发现热管传热技术相比于传统的金属传热能力更强，其超强的传热能力使得热管技术在多个领域都有使用[45-46]。一个优质的热管散热器需要有性能优良的管芯、良好的制造工艺和合理的设计结构。目前使用比较广泛的管芯有烧结粉末管芯、紧贴管壁网芯、轴向沟槽管芯以及多种组合管芯，很多学者致力于研究各种热管长度、弯曲角度以及冷凝段散热方式对热管传热的影响[47]。图1.2热管散热器传热原理图Fig.1.2Heatpipeheattransferschematicdiagram图1.2所示的热管散热器是利用物态变化而实现散热的一种散热器，其蒸发段与热源紧密接触，相变工质受热变为气体，利用毛细热管将相变工质输送至冷
TEC制冷片结构简图
【参考文献】：
期刊论文
[1]冷热端不同散热方式对热电制冷性能的影响[J]. 周武洋,王勇. 中国科学院大学学报. 2019(02)
[2]热电制冷器制冷性能的影响因素及改善措施[J]. 徐昊,任祯. 家电科技. 2018(S1)
[3]基于热电制冷的电子器件稳态散热应用分析[J]. 王延,尹本浩,祁成武. 电子机械工程. 2017(05)
[4]风冷式热电空调器的改进研究[J]. 王振雨,唐豪. 制冷与空调. 2016(08)
[5]热电制冷模块热物性参数理论获取方法及精度分析[J]. 王卓,申利梅,胡灿,陈焕新. 红外与激光工程. 2016(06)
[6]半导体制冷器工艺设计对制冷性能的影响[J]. 高俊. 轻工机械. 2015(06)
[7]基于ISIGHT的伸缩臂式叉装车工作装置轻量化设计[J]. 邱栋,崔国华,广云鹏. 科技创新与应用. 2015(24)
[8]响应面法在试验设计与优化中的应用[J]. 李莉,张赛,何强,胡学斌. 实验室研究与探索. 2015(08)
[9]电子器件热电制冷温度条件的优化[J]. 罗清海,李高峰,肖晟浩. 半导体光电. 2014(02)
[10]电子器件散热及冷却的发展现状研究[J]. 郭磊. 低温与超导. 2014(02)
博士论文
[1]基于振动控制的柔性转子系统多目标优化技术研究[D]. 黄晶晶.西北工业大学 2016
[2]大功率固体激光器冷却研究[D]. 陶毓伽.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2010
硕士论文
[1]基于平板型热管的半导体制冷片散热器设计及性能研究[D]. 甘志坚.广州大学 2016
[2]基于热管散热器的半导体制冷箱冷热端传热特性研究[D]. 马广青.华南理工大学 2014
[3]纯电动汽车电机控制器散热器的设计与优化[D]. 申传有.辽宁工业大学 2014
[4]高温机械臂冷却技术的研究[D]. 李法设.上海交通大学 2014
[5]热电制冷技术应用于电子器件热管理的数值分析[D]. 钱小龙.华中科技大学 2013
[6]半导体制冷热端的分析与实验研究[D]. 蔡德坡.南昌大学 2010
[7]翅片管换热过程的数值模拟及实验研究[D]. 刘占斌.西安理工大学 2008
[8]相变强化换热对模具局部冷却能力影响的数值分析[D]. 蒋朝军.重庆大学 2005
本文编号：3269311
【文章来源】：南华大学湖南省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
热电制冷模块的结构示意图
6Han等[43]将热电制冷器结合翅片式散热器进行试验，并分析多种结构翅片散热器对散热的影响，通过优化散热器结构，找出最佳的散热翅片厚度和翅片间距。使用交错式结构的散热器在散热性能上表现最优，相比于传统平直翅片结构的散热器，可有效降低3.28%的热阻，分析对比交错式散热器在制冷量上的表现，发现其制冷能力也有所提高，因此，使用该结构散热器可有效减小热阻并提升热电制冷效率。王卓等[44]用型号为T20005/127/060B的半导体模块为研究对象获取精确的半导体制冷模块热物性参数，研究认为该参数是分析TEC制冷能力的重要线索，文中分别运用常物性参数法、变物性参数法、热平衡法建立数学模型，得出不同电流下热电臂内的温度分布及制冷量随制冷温度的变化规律；研究显示，使用数学模型计算方法和热物性参数法获得的制冷量相比于实验所测得的真实值误差仅为1.5W。该方法尽管忽略了TEC的热电臂实际温度分布，但用此方法计算制冷量仍可作为可靠的理论依据。1.2.2热管散热技术的发展热管技术是上个世纪美国科学家LosAlamos提出的新型传热技术，研究发现热管传热技术相比于传统的金属传热能力更强，其超强的传热能力使得热管技术在多个领域都有使用[45-46]。一个优质的热管散热器需要有性能优良的管芯、良好的制造工艺和合理的设计结构。目前使用比较广泛的管芯有烧结粉末管芯、紧贴管壁网芯、轴向沟槽管芯以及多种组合管芯，很多学者致力于研究各种热管长度、弯曲角度以及冷凝段散热方式对热管传热的影响[47]。图1.2热管散热器传热原理图Fig.1.2Heatpipeheattransferschematicdiagram图1.2所示的热管散热器是利用物态变化而实现散热的一种散热器，其蒸发段与热源紧密接触，相变工质受热变为气体，利用毛细热管将相变工质输送至冷
TEC制冷片结构简图
【参考文献】：
期刊论文
[1]冷热端不同散热方式对热电制冷性能的影响[J]. 周武洋,王勇. 中国科学院大学学报. 2019(02)
[2]热电制冷器制冷性能的影响因素及改善措施[J]. 徐昊,任祯. 家电科技. 2018(S1)
[3]基于热电制冷的电子器件稳态散热应用分析[J]. 王延,尹本浩,祁成武. 电子机械工程. 2017(05)
[4]风冷式热电空调器的改进研究[J]. 王振雨,唐豪. 制冷与空调. 2016(08)
[5]热电制冷模块热物性参数理论获取方法及精度分析[J]. 王卓,申利梅,胡灿,陈焕新. 红外与激光工程. 2016(06)
[6]半导体制冷器工艺设计对制冷性能的影响[J]. 高俊. 轻工机械. 2015(06)
[7]基于ISIGHT的伸缩臂式叉装车工作装置轻量化设计[J]. 邱栋,崔国华,广云鹏. 科技创新与应用. 2015(24)
[8]响应面法在试验设计与优化中的应用[J]. 李莉,张赛,何强,胡学斌. 实验室研究与探索. 2015(08)
[9]电子器件热电制冷温度条件的优化[J]. 罗清海,李高峰,肖晟浩. 半导体光电. 2014(02)
[10]电子器件散热及冷却的发展现状研究[J]. 郭磊. 低温与超导. 2014(02)
博士论文
[1]基于振动控制的柔性转子系统多目标优化技术研究[D]. 黄晶晶.西北工业大学 2016
[2]大功率固体激光器冷却研究[D]. 陶毓伽.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2010
硕士论文
[1]基于平板型热管的半导体制冷片散热器设计及性能研究[D]. 甘志坚.广州大学 2016
[2]基于热管散热器的半导体制冷箱冷热端传热特性研究[D]. 马广青.华南理工大学 2014
[3]纯电动汽车电机控制器散热器的设计与优化[D]. 申传有.辽宁工业大学 2014
[4]高温机械臂冷却技术的研究[D]. 李法设.上海交通大学 2014
[5]热电制冷技术应用于电子器件热管理的数值分析[D]. 钱小龙.华中科技大学 2013
[6]半导体制冷热端的分析与实验研究[D]. 蔡德坡.南昌大学 2010
[7]翅片管换热过程的数值模拟及实验研究[D]. 刘占斌.西安理工大学 2008
[8]相变强化换热对模具局部冷却能力影响的数值分析[D]. 蒋朝军.重庆大学 2005
本文编号：3269311
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