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摘 要

半导体制冷作为近50年新兴发展起来的技术，与传统制冷方式相比有很大优势，但是由于在半导体材料，冷热端散热等方面的影响，半导体制冷的发展和应用受到了一定的限制。在前人的基础上，本文将从冷热两端铝翅片散热器的散热问题对半导体冰箱制冷进行研究。

课题利用流体计算软件Icepack进行研究分析，通过改变电流、风量两个变量因素，分析研究电流、风量对半导体冰箱的制冷效率、制冷系数、输入功率以及制冷量等的影响。模拟计算结束后，通过对模型的温度场分析，还有影响因素和制冷效率、制冷系数、输入功率以及制冷量等之间的相互关系进行分析。研究结果表明，相同风量下，随着电流的增加制冷效率、输入功率都随之增加，制冷系数下降，制冷量呈先上升后下降的趋势。而在相同电流下，风量对冰箱的制冷效率、制冷系数、输入功率影响很小，制冷量随着风量的增加逐渐增加。最终分析结果显示当电流为4.8 A，热端散热器风量为0.016 m³/s 时热电制冷冰箱具有最佳制冷性能。

关键词：热电制冷 散热器 铝翅片 数值模拟

Simulation study on thermoelectric cooling refrigerator based on aluminum fins radiators arranged on the hot and cold sides

Abstract

Semiconductor refrigeration as nearly 50 years developing the technology, and traditional methods of refrigeration compared has a lot of advantages, but due to the semiconductor material, hot and cold side heat dissipation effect, the development and application of semiconductor refrigeration by certain restrictions.On the basis of previous studies, this paper will study the cooling of the semiconductor refrigerator from the heat dissipation problem of the aluminum fin heat sink at both ends of the cold and hot.

Topic using fluid calculation software Icepack carries on the research analysis, by changing the current, volume two variables, analysis the influence of current research, volume of semiconductor refrigerator refrigeration efficiency, refrigeration coefficient, input power and cooling capacity.After the simulation, the relationship between the temperature field analysis of the model, the influence factors and the cooling efficiency, the refrigeration coefficient, the input power and the cooling capacity are analyzed. The results show that with the same air volume, the cooling efficiency and the input power increase with the increase of the current, the cooling coefficient decreases, and the cooling capacity increases first and then decreases. And at the same current, the air flow rate has little effect on the refrigeration efficiency, the refrigeration coefficient and the input power of the refrigerator, and the cooling capacity increases with the increase of the air volume. In the final analysis results show that when the current is 4.8 A, the hot end radiator air volume is 0.016 m³/s thermoelectric refrigerator is the best cooling performance.

Key word: Thermoelectric cooling；radiator ；Aluminum fin ；numerical simulation

目录

摘要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1 半导体制冷技术 1

1.2 热电制冷的散热分析 2

1.3 研究现状 2

1.3.1 半导体制冷的影响因素 2

1.3.2 半导体制冷的散热方式 2

1.3.3 国内半导体制冷散热研究现状 3

1.3.4 国外半导体制冷散热研究现状 3

1.4 论文研究的内容与手段 4

1.4.1 论文研究内容 4

1.4.2 论文研究手段 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 7

2.2.1 冰箱结构组成 7

2.2.2 散热器组成 7

2.3 物性参数 9

2.4 控制方程 9

2.5 几何模型 11

2.6 边界条件 12

2.7 网格划分与质量检查 12

第三章 模拟结果 15

3.1 参数定义 15

3.2 模拟结果分析 16

3.2.1电流对半导体冰箱散热的数据分析 16

3.2.2 风量对半导体冰箱散热的数据分析 19

3.2.3 温度场分析 22

第四章 结论与展望 27

4.1 结论 27

4.2 展望 27

参考文献 29

致谢 31

第一章 绪论

热电制冷技术又称之为半导体制冷^[1]，它使用珀尔帖效应将电能转换成热能来供暖和制冷，是热电技术的部分应用^[2]，是20世纪50年代发展起来的，基于温差电效应上一门处于热电技术和制冷技术之间的新型学科^[3]。和传统的制冷技术比较而言，热电制冷无需制冷剂，没有非常繁杂的机械设备同时管路系统也相对简单，而且给热电制冷器连接上电源就可以开始工作^[4]，而且热电制冷具有不污染环境、是一种有助于解决臭氧破坏问题的环保制冷方式，而且尺寸较小、重量较轻、制冷速度快、工作可靠、控制精度高、维护方便，并且根据电流流动的方向具有制冷、加热的双重功效等优点^[5]。由于热电制冷所具有的这样独特的优点，在目前的日常生活的各个领域中都具有非常巨大的应用。

1.1 半导体制冷技术

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