摘 要

热电制冷效率偏低，制冷温度不够，制冷量不足,这些缺点一直制约着热电制冷更深远的发展。因为热电制冷冷热端温差越小，其制冷性能越优越，所以重点解决好热电制冷热端的散热就显得尤为重要。本文以热电制冷冰箱为模型，从带孔铝翅片散热器进行研究，寻求提高制冷效率的方法，找寻散热器合理利用的最优方案。本课题利用热分析软件Icepak，通过改变电流、风量，研究对半导体冰箱制冷效率的影响。模拟计算结束后，对模型的温度场，和得到的数据进行分析：

热电制冷冰箱的输入功率P、制冷功率Q、制冷系数ε、放热热源温度T_h 、吸热热源温度与电流呈正比关系，平均温度T与电流的图线呈抛物线关系，当电流为5A时平均温度最低；制冷量与电流也呈抛物线关系，当电流为5A时，制冷量达到最高值。

适当的加大风量V，可以有效的减小平均温度T，提升制冷效果。同时风量V的改变并不能有效的改善冰箱的输入功率P、制冷功率Q、制冷系数ε、放热热源温度Th 、吸热热源温度等,风量增大时，平均温度略微降低，制冷量略增加，制冷系数略增加，增加风量更有利于提高冰箱的性能。

所以基于带孔铝翅片散热器的热电制冷冰箱在输入电流为5A、风扇风量为0.016m³/s时的性能最优。

关键词：热电制冷 散热器 铝翅片 制冷效率 数值模拟

Simulation Study on Thermoelectric Cooling

Refrigerator Based on Aluminum Fin Radiator with Holes

Abstract

Thermoelectric refrigeration efficiency is low, refrigeration temperature is not enough, insufficient cooling capacity, these shortcomings has restricted the thermoelectric refrigeration more far-reaching development. Because the smaller the thermoelectric refrigeration temperature difference between hot and cold side, the cooling performance is superior, so focused on solving the thermoelectric refrigeration hot end heat dissipation is particularly important. On the model of a thermoelectric refrigerator, from the band hole aluminum fin radiator research, to seek ways to improve the refrigeration efficiency, find the optimal scheme of the rational use of radiator. The subject of the use of thermal analysis software Icepak, by changing the current, air flow, research of semiconductor refrigerator refrigeration efficiency influence. The simulation calculation of the end of the after, the temperature field of the model, and the data were obtained analysis: 

The thermoelectric refrigerator of Input power P, refrigeration power Q, refrigeration coefficient ε, exothermic heat source temperature T_h are proportional to the current.The average temperature T has a parabolic relationship with the current.The average temperature is the lowest when the current is 5A.The relationship between cooling capacity and current is parabolic.When the current is 5A, the cooling capacity reaches the highest value.

To increaseing of air volume V properly,can effectively reduce the average temperature of T，enhance the cooling effect.The change of volume V can not effectively improve the input power P , refrigeration power Q, refrigeration coefficient ε, exothermic heat source temperature T_h .When the volume increases, the temperature is slightly reduce, the cooling capacity increases slightly, refrigeration coefficient increases slightly,so increase air volume is more conducive to improving the refrigerator performance.

So when the input current is 5A and the fan air volume is 0.016m³/s ，thermolelectric cooling refrigerator based on aluminum fin radiator with holes has optimalpermance.

Key word: Thermoelectric cooling；Radiator；Aluminum fin；Refrigeration efficiency；

Numerical simulation

目录

摘要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1 热电制冷原理简介 1

1.2 热电制冷研究现状 1

1.2.1 半导体制冷的散热方式 1

1.2.2 国内外半导体制冷的散热研究 2

1.3 热电制冷散热器的研究意义与展望 3

1.4 热电制冷散热器的研究内容与手段 3

1.4.1 研究内容 3

1.4.2 研究手段 4

第二章 热电制冷冰箱模型建立 5

2.1 Icepak软件介绍 5

2.2 物理模型 5

2.3 物性参数 8

2.4 控制方程 8

2.5 几何模型 10

2.6 边界条件 11

2.7 网格划分与质量检查 11

第三章 模拟结果 14

3.1参数定义 14

3.2模拟结果分析 15

3.2.1数据分析 15

3.2.2温度场分析 19

第四章 结论与展望 24

4.1 结论 24

4.2 未来展望 24

参考文献 26

致谢 28

1. 绪 论

热电制冷技术是热电技术在制冷方面的部分应用，是世界三大制冷技术之一，其他两种制冷方式为传统的压缩式制冷和吸收式制冷。相比压缩式和吸收式制冷技术，热电制冷既不需要复杂的机械设备，也不需要制冷剂。作为一个新兴的技术学科，热电技术在制冷方面的应用解决了传统制冷机械污染环境、尺寸偏大、制冷缓慢、可控精度低、维护复杂等缺点。我国的科研人员也敏锐的发现这些优点，已经在热电制冷的研究与研发方面取得了不俗的成绩，并且将热电制冷技术广泛的应用于各个领域，为我国制冷技术的发展提供了理论和实践基础。利用热电技术制冷虽然有一些优点，但它作为一门新兴的技术仍有一些缺点需要解决。比如在需要大量制冷的情况下，压缩式制冷与吸收式制冷的效率要远高于热电制冷器的制冷效率。因此，大功率的制冷设备不采用热电制冷技术，只有一些小型机械多利用此技术。

1.1 热电制冷技术原理简介

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