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摘 要

热管散热器是利用热管技术能对许多老式散热器或换热产品和系统作重大的改进而产生出的新产品。虽然己经有了一定的成果，但是受实验条件的限制，后续的研究中还需改善设计、提高冷热端的换热能力、优化换热器的性能匹配、减少冷量损失，从而使热管散热型半导体冷箱达到更好的工作效率。

本课题利用流体计算软件Icepak，通过改变风量，电流等相关数值，分析其对散热器的散热效率、散热功率、制冷效率及内部平均温度等制冷冰箱的散热性能的影响。计算结束后，将计算数据列成折线图进行分析，找出变量对散热效果的影响关系，最后得出变量对带孔热管散热器冷热两端散热效率的影响。本次模拟计算中，随着电流的上升，制冷量先增大后逐渐减小，也就是制冷量有最大值，当电流为5A时，热管散热器的散热效果最好，箱体平均温度最低，制冷效率及制冷量最大。

关键词：热管散热器 半导体 制冷冰箱 数值模拟

Simulation study on thermoelectric cooling refrigerator based on heat pipe sink with holes at both ends of cold and hot

ABSTRACT

Heat pipe radiator is a new product which can be produced by using heat pipe technology to make great improvement on many old type radiator or heat exchanger products and systems. Although it has with some achievements. However, due to the limitation of experimental conditions, follow-up studies need to improve the design and increase the hot and cold side of change heat capacity and optimize the performance of the heat exchanger matching, reduces the loss of cooling capacity, so that the heat pipe cooling type semiconductor refrigerator to achieve better efficiency.

This topic through the use of fluid calculation software Icepak, through changing the air, current and other related values. Analysis its radiator cooling efficiency, heat radiating performance of the radiating power, refrigerating efficiency and average temperature freezer. After calculation, the calculated data are classified into a line chart to analyze the influence of variables on the cooling effect. Finally, the influence of variables on the heat dissipation efficiency of the heat pipe radiator with holes is obtained. The simulation calculation, with the current rise, refrigeration capacity increases first and then decreases gradually is refrigerating capacity have maximum value, when the current is 5a, heat pipe radiator cooling effect best, average body temperature minimum, cooling efficiency and cooling capacity.

Key word:Heat pipe radiator; Semiconductor ;Refrigeration refrigerator ;

Numerical simulation

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1半导体制冷简介 1

1.2散热的试验方法和模拟研究 1

1.3热管技术在半导体制冷中的应用现状 2

1.4 研究内容及手段 3

1.5研究意义及展望 4

第二章 模型的建立 5

2.1 Icepack软件介绍 5

2.2物理模型 5

2.3模拟模型 7

2.4边界条件及初始条件 10

2.5控制方程 10

2.6数值计算方法 12

2.7网格划分 13

2.8网络无关性检查 15

第三章 模拟结果 16

3.1参数定义 16

3.2模拟结果分析 17

3.2.1温度场分析 17

3.2.2制冷性能分析 20

第四章 结论与展望 26

4.1结论 26

4.2展望 26

参考文献 28

致 谢 30

第一章 绪论

1.1半导体制冷简介

半导体制冷通常又被叫为热电制冷或温差电制冷^[1]，随着半导体工业的发展在20世界中期逐渐成形并进步的一种新兴技术。半导体的制冷基本上就是利用帕尔贴效应，通过直流电从而引起半导体材料内部热量进行传递来实现制冷的一种制冷方式^[2]。相比于与传统的制冷方法，用半导体来制冷有简单的结构、没有污染、没有噪音、可靠性较高等优点，在电工业、医药领域及日常的生活等各方面的应用日渐广泛。如果无法把热端工作时造成的热量及时的散发，有关半导体的制冷装置也就没办法有效的运行，所以说选择高效率的热端散热方法对整个散热过程有着不可磨灭的作用。

1.2散热的试验方法和模拟研究

在实验-半导体制冷的多种冷热端散热情况研究中，王莹等人通过4种不同的方式散热^[3]对半导体制冷装置的冷热端效果进行了研究和分析，其中包括风冷却散热、热管进行散热、热管与风扇同时散热、水冷却散热，通过不同的实验研究得出具体数据再通过图表显示比较不同的散热方式下的情况，其中水冷散热效果最好，所以再对水冷散热进行了着重研究。在实验完成后得出以下几个结论：（1）越好的散热效果在热端处，也就是说和外在环境的温度差值越小，冷端的平稳温度值也就越低，相对的比较来说制冷量就越大。所以，四种不同的散热方法中用水冷却的散热效果最好，他的COP值也最高，热管和风扇同时散热的方法排在第二位，就用一根热管的散热方法排在第三位，风冷却的散热方法效果相对其他三种方式最差即排最后。其中利用热管来散热由于不要额外的电能所以最是环保。（2）在相同流量的水的情况下，跟着时间的增加，冷端温度升降的趋势是大部分先减小然后慢慢平稳；热端温度升降的趋势是先上升然后减小，最后保持平稳。（3）在不一样的水的流量条件下，跟着流量的升高半导体制冷装置不管是热端还是冷端的平均温度都会降低，但是热管散热器的下降趋势更加稳定。而且用软件画出不一样的水的流量条件中冷热两端散热器的平均温度和冷热两端稳定温度的拟合曲线，求出拟合公式^[4]，能够通过某种水的流量条件得出半导体制冷装置冷热两端的稳定温度。

在热管散热半导体制冷系统的实验研究这一报告中，戴源德等人依照半导体制冷系统工作时的工作原理^[5]，分析并且比较了热端散热器在不同工作情况下的工况,觉得在热端散热器处用热管散热的方式能够提高半导体制冷系统的制冷性能；在最佳工况条件下,相比较其他两种散热方式（风冷散热、水冷散热）,在热端的地方用热管散热器可以得到更低的平均温度，并且通过热端进行热量的散发在半导体制冷技术中效果是最好的^[6]。

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