机载小功率热电制冷系统性能分析

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1、电子机械工程2009年第25卷第3期l4Electro—MechanicalEngineering2009．Vo1．25No．3机载小功率热电制冷系统性能分析王羽白。张兴娟(北京航空航天大学，北京100083)摘要：以机载热电制冷模块为研究平台，在已设定飞机参数的条件下，以工作电流为变量，得出了此系统在三种不同飞行高度下工作时的制冷量、制冷系数的变化曲线，利用熵产最小法进行了系统性能的评估，并计算了系统的代偿损失。所作工作为开展机载小功率热电制冷系统研究提供了初步理论指导，具有一定的参考意义。关键词：热电制冷；熵产分析；机

2、载制冷系统；代偿损失中图分类号：TB61文献标识码：A文章编号：1008—5300(2009)03—0014—03AStudyonthePerformanceofanAirborneSmall—Power．ThermoelectricRefrigerationSystemWANGYu-bai，ZHANGXing—juan(BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing100083，China)Abstract：Inthispaper，anairbornetherm

3、oelectric—refrigerationsystemisusedasaplatformforstudy．Byset．tingtheplaneparameters，thevariationsofthecoolingcapacityandtherefrigerationcoefficientwiththework．ingcurrentforthreeflyingaltitudesareobtained．Theperformanceisevaluatedwiththeentropy-generation"一a—nalysi

4、sandcompensablelossmethods．Thepresentworksetsanpreliminarybasisfortheappliedresearchofairbornesmallpowerthermoelectric-refrigerationsystemandhassomereferencevalue．Keywords：thermoelectricrefrigeration；entropygenerationanalysis；airbornecoolingsystem；compensation1Oss

5、源采用机外冲压空气，冷边通过导热吸收电子元件工0引言作时产生的热量。热电制冷又称温差电制冷，是利用热电效应的制冷方法。两种不同材料组成的电回路在有直流电通过热端／热结点()＼时，两个接头处会发生吸放热现象，这就是热电制冷的依据。半导体材料具有较高的热电势，用铜板将N型半导体和P型半导体连接成一个回路，此时一个接点＼冷结点(T)／变热，一个接点变冷，可以用来做成小型热电制冷器。／^＼冷端入作为机载制冷系统，热电制冷相对于其它系统具厂I1_J电子元件(U、有以下特点：尺寸小、无噪声、寿命长、无转动部件、构)I造简单、抗震性强，

6、易于精确调节制冷温度，适用于电子设备局部冷却⋯。图1机载热电制冷系统原理图1制冷系统设计条件主机供电系统设计是执行GJBl81飞机供电设备要求及ISO{航空航天飞机电气系统特性》对机载设备机载热电制冷系统的原理如图1所示，系统的冷选用电源规定，其余详细参数设置见表1。收稿日期：2009—02—27第3期王羽白，等：机载小功率热电制冷系统性能分析15表1制冷系统设计参数下工作。同时，制冷系统的高空最大制冷量可达近300W，在一些不要求节省能源的特殊情况下可短时间加大电流，提供更多的制冷量。在低空飞行时，制冷系统的性能由于冷源

7、一冲压空气的温度较高将大打折扣，同样电流下的制冷量和制冷系数都成倍减少，也由此说明，热电制冷系统的冷热端温差是决定制冷系统性能的主要因素，在使用时，应尽量缩小冷热端温差，2制冷系统状态分析以此弥补热电制冷因制冷系数较小带来经济上的损失。2．1制冷量及制冷系数通过对热电偶的分析，可以得出以下关系j：Q2=Qc+q(1)Q，=Q+Q(2)Q，=W+Q(3)此外，由传热学和热电制冷相关知识可知：=(一)(4)Q=(TI一)(5)Q。=K。(一)(6)图2制冷量随电流变化曲线Q，：IT1+n(7)Q：，一Jr2R(8)W=l+R(

8、9)=Qc／W(10)在分析机载热电制冷系统的过程中，分别取低空、中空、高空三种不同速度和温度状态下的参数进行系统各参数的计算，其中高空为制冷系统设计点，温度是在综合了飞行海拔高度和进气减速影响后的修正结图3制冷系数随电流变化曲线果，其中，飞行速度对进气温度有很大影响，其详细取2．2系统电源功率值见表2