论文总字数：17379字

摘 要

热电制冷冰箱也叫半导体制冷冰箱，在军事，电子技术，工业通讯及商业和医疗领域中均有广泛应用。不同散热方式对于研究半导体制冷冰箱的性能相当重要。本课题对带孔热管散热器的热电制冷冰箱进行模拟研究。通过Icepack软件对冰箱进行模拟，研究不同风量、电流对冰箱性能的影响，得出的结论为：

（1）在热电制冷冰箱中加入带孔热管散热器，由于带孔热管散热器散热迅速，冰箱内部温度分布均匀。

（2）本课题共研究了五组风量并且每组风量取21组电流。风量取值为0.008m³/s、0.010m³/s、0.012m³/s、0.014m³/s、0.016m³/s。电流值从2A增加到6A每次增加0.2A。通过对模拟结果的分析可知，在风量为0.008m³/s时箱体平均温度在电流=4A的时候达到最低值，并且在电流=4.4A的时候，冰箱的制冷量达到最大值。

本文数值模拟结果可为带孔热管散热器的热电制冷冰箱的设计与实验提供参考。

关键词：热电制冷 热管散热器 模拟

Abstract

Thermoelectric refrigeration refrigerator is also called semiconductor refrigeration refrigerator, which is widely used in military, electronic technology, industrial communication, commerce and medical fields . Different heat dissipation methods are very important for the study of the performance of semiconductor refrigerator. The subject of this paper is to simulate the thermoelectric refrigeration refrigerator with a perforated heat pipe radiator.The refrigerator was simulated by icepack software, and the effects of different air volume and current on the performance of refrigerator were studied. The  conclusions are as follow:

(1)The heat pipe radiator with holes is added into the thermoelectric refrigeration refrigerator, since the heat radiation of the heat pipe is fast, the temperature in the refrigerator is evenly distributed.

(2)In this paper, five groups ofairvolume and 21 sets of air currents were studied.Air volume are 0.008m³/s, 0.010m³/s, 0.012m³/s, 0.014m³/s, 0.016m³/s. The current value is increased from 2A to 6A by 0.2A each time. Through the analysis of the simulation results we can know that when the air volume is 0.008m³/s, the average temperature of the box reaches the minimum value when the current =4A, and when the current =4.4A, the refrigerator  refrigerating capacity reaches the maximum value.

In this paper, the numerical simulation results can be used as reference for the design and experiment of thermoelectric refrigeration refrigerator with heat pipe radiator with holes.

Key word: Thermoelectric Cooler；Heat pipe radiator；simulation

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1背景介绍 1

1.2半导体制冷散热现状 2

1.2.1半导体制冷散热方式 2

1.2.2半导体制冷散热相关研究 4

1.3热管技术在半导体制冷中的应用 6

1.4研究意义 7

第二章 冰箱模型建立 9

2.1 Icepak软件介绍 9

2.2 模型建立 9

2.2.1物理模型 10

2.2.2 物性参数 12

2.2.3控制方程 12

2.2.4 初始条件和边界条件 15

2.2.5数值计算方法 15

2.2.6网格划分 16

第三章 模拟结果分析 19

3.1参数定义 19

3.2模拟结果分析 20

3.2.1 温度场分析（散热器、冰箱内部温度、平均温度等） 20

3.2.2 制冷性能分析（制冷功率、制冷系数等） 23

第四章 结论与展望 26

4.1结论 26

4.2展望 26

参考文献 27

致谢 29

第一章 绪论

1.1背景介绍

中国是一个能耗大国, 如何能降低能耗, 实现可持续发展, 研究和开发具有环境友好型的技术就成为一种必须。新的制冷技术，所谓新的制冷技术也叫半导体制冷技术，这种技术在现代科技看来是新型起来的技术，拥有良好的发展前景。

热电冷却又可以叫做温差电制冷、半导体制冷。这种冷却技术制冷所用的材料大都是具有热电能量转换的性能。这种材料在通过直流电流时会在冷热两端产生温差从而产生制冷效应^[1]。其原理是当电流通过两种性能不同的导体材料连接而成的电路时，会产生区别于其它热的不可逆转的焦耳热，并且会在不同的接触点，随着电流往不同方向流动时会产生吸热、放热现象^[2]如图1所示。在热电冷却的制冷中，热电效应在各个行业的制冷技术方面有着相当广泛的潜能，在未来的制冷行业中这种科技能起着主导作用。其原理应用通过帕尔贴效应^[3]来达到制冷的目的。热电效应和由半导体热电偶的热电冷却设备的热电制冷效率比较高。在处于外界没有磁场存在的状态下, 由前人的研究记录我们可以知道，热电效应由五个不同反应(焦耳效应、傅里叶效应、赛贝克效应、帕尔贴效应、汤姆逊效应) 组成并且这五个效应同时发生并且互不干涉。其中第一第二种效应产生的热量是不可逆的热量，后三种表明电能和热能相互转换是直接可逆的。最近的研究表明，通过对不是均一热导体内部的的研究显示，汤姆孙效应是受两个方面因素的影响，一个是在导体内部电子分布的加热效果的塞贝克效应，它导致的珀耳帖效应的出现。二是为了平衡电位差漂移产生的电流，吸收了其它剩余部分热量[4-6]。

图1-1 半导体制冷原理示意图

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