微型热电制冷片用于激光器散热的研究

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1、分类号学号M201171029学校代码10487密级硕士学位论文微型热电制冷片用于激光器散热的研究学位申请人：杨亚新学科专业：制冷及低温工程指导教师：陈焕新教授答辩日期：2014年1月5日万方数据AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreefortheMasterofEngineeringResearchontheCoolingSystemofLaserBasedonMicroThermoelectricCoolingCandidate:YangYaxi

2、nMajor:Refrigeration&CryogenicsEngineeringSupervisor:Prof.ChenHuanxinHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan,Hubei430074,P.R.ChinaJan,2014万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完

3、全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：杨亚新日期：2014年01月10日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在____________年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□√。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：杨亚新指导教师签名：陈焕新日期：201

4、4年01月10日日期：2014年01月10日万方数据华中科技大学硕士学位论文摘要半导体激光器的散热问题已成为制约其发展的瓶颈，与其它制冷方式相比热电制冷具有结构简单、体积小以及易与半导体激光器封装集成等优点。本课题采用热42电制冷片冷却半导体激光器，解决热流密度为2.510Wm/激光器的散热问题。在外界环境温度较高的情形下（如60℃），通过优化热电冷却系统的散热方式，使光电芯片的温度维持在需要的30℃-40℃。本文采用有限元分析与实验验证的研究方法，分析热电制冷片冷却半导体激光器的热动态变化。选择合适的热电制冷片，利用选择的热电制冷片的

5、性能参数，进行有限元分析的参数设定和数值模拟。实验研究中用替代热源作为热负载，利用所选定的热电制冷片搭建实验台。主要研究内容从优化热电制冷系统的热端散热方式着手，分别考虑了热端无散热装置、自然对流和强迫通风三种散热系统对其制冷效果的影响。实验验证了模拟分析的结果，并且对两者进行了对比分析和误差分析。为了进一步研究分析热电制冷片在散热系统中的工作性能，分别分析了环境温度、热端换热热阻以及激光器外壳对热电片制冷能力的影响。结果表明，热电制冷片在用于激光器散热时不能够单独使用，必须在热端配置有增强热端换热的热沉。热电制冷片热端配置有翅片换热器和

6、换热风扇的换热系统，能够满足此课题的热设计要求。热电制冷片性能分析表明，随着环境温度的升高热电片冷热端温度和冷热端温差升高，热电片制冷系数会下降。热端换热热阻的增大会削弱热电制冷片的制冷能力以及COP，而且得到了满足该散热系统的最大换热热阻为1.55K/W。关键词：半导体激光器，热电制冷，高热流密度，散热系统I万方数据华中科技大学硕士学位论文AbstractThecoolingproblemofthesemiconductorlaserhasbecomethebottleneckwhichisrestrictingitsdevelopme

7、nt.Comparedwithothercoolingmethodshasmanyadvantages,simplestructure,smallsizeandeasytointegratedwiththelaserpackage.Inthispaper,thethermoelectriccooler(TEC)wasusedtosolvethecoolingproblemwithhighheat42fluxof2.510Wm/.Byoptimizingthecoolingmethodofthethermoelectriccoolingh

8、otsidetomaintaintheworkingtemperatureinavailablerange30℃-40℃,eventhelaserworkingintheenvironment