热电制冷过程中散热强度对制冷参数的影响分析==

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1、万方数据第30卷第7期2002年7月同济大学学报JOURNALOFTONOJILNI、Ⅱs【nVcJl31}N(J7J川2002热电制冷过程中散热强度对制冷参数的影响分析李茂德，卢希红【同济大学热能工程系．上海200092)摘要：对热电制冷电偶对进行传热分析，得到了热电制冷性能与热端散热强度之间的微分方程在第三娄边界条件下进行求解可得到热电制冷性能与热端散热强度之间的解析关系式经过对其进行数值计算和求解，得出了散热强度对热电制冷性能影响的曲线．由此得出：随着散热强度的不断增强，热电制冷的肚能逐渐提高

2、；当热端散热强度增加到一定值后，散热强度的增加对制冷性能的影响就趋于缓慢；从经济性考虑，热电制冷中存在最住热端散热强度，不可能无限制地通过提高热端散热强度来改变热电制冷器的制冷性能所以，在实际应用中应合理优化设计和改进热端散热系统关键词：散热强度；热电制冷；制冷性能中围分类号：TK12文献标识码：A文章编号：0253—374X(2002)07081103nfluenceofIntensityofHeatEmissiononPerformanceofSemiconductorRefrigeration

3、LIMao—de．LUXi—hong(DeI)artmentofThermalEngineering．TongjiUnJtnelsity，Shanghai200092，ChinaAbstract：Heattransferanalysisforsemiconductorrefrigerationmodulewetsdone，andthenumericalsolutionofthethirdkindboundaryconditionofthismodelwasprovidedFurthermore，th

4、eanalyticformulaofheatab—sorbedQ。，heatdissipationQh，inputpowerPandrefrigerationcoefficient￡wereobtained，andthegraphsfortherelationofheatabsorbedQ。，heatdissipationQh，inputpowerP，refrigerationcoefficientEandintensityofheatemission。lbynumericalcalculation

5、weremade．ThispaperprovidedthebasisfortheoptimaldesignofheatemissionsystemofthehotsideofsemiconductorrefrigerationKeywords：intensityofheatemission；semiconductorrefrigeration；performanceofrefrigeration热电制冷是在珀尔帖效应的基础上发展起来的一门新兴制冷技术，是一种有赵好应用前景的制冷方式．热电制冷器是利用

6、电能直接实现热能传递的一种特殊半导体器件．它不同于压缩式制冷机，具有无机械运动、体积小、制冷迅速、冷量调节范围宽及冷热转换快等特点近年来，随着热电制冷器件制造技术的不断提高，其应用领域已不再局限于军事、化工、航天、医疗等特定的领域，在民用领域也显示出相当广阔的应用前景但是，由于半导体材料、电源和热端散热等方面的影响，热电制冷与常规的压缩式制冷相比，仍然存在着制冷效率低的问题⋯热电制冷效率的提高，除了其本身制造材料和制造工艺的因素外，主要取决于其散热、传冷方式及良好的结构设计[21．由于热电制冷器的散

7、热量等于其制冷量与输人功率之和，所以，重点解决好其散热问题将对制冷效率的提高起到至关重要的作用¨J．收稿日期：2001—09—22作者简舟：李茂德(1961)，男，上悔人，副教授万方数据同济大学学报1热电制冷器的传热分析由热力学第二定律可知，将热量从低温物体转移到高温物体，必然要消耗一定量的外功对热电制冷过程而言，这种外功便是加在制冷电堆上的电能．为了得出制冷量、电功率、制冷系数以及热端散热量等物理量与热端敞热强度的关系式，有必要对热电制玲器作传热分析14,5、为研究问题方便，假设传热只发生在垂直方

8、向上，四周传热效应的影响不计，外加电场在热电制冷电偶对上均匀一致以一对电偶对为例进行分析，将电偶臂作为有均匀内热源的一维稳态导热处理，并对电偶臂做以下假设：电偶臂均为等截面臂，电偶臂周围绝热，半导体材料均质，导热系数为常数如图1所示，电偶对的臂长为f，截面积为A，工作电流为，，导热系数^为常数，电导率为d，塞贝兜系数为j，冷热端温度分别为T。和丁h(丁h>丁。)，均匀内热源q。=is尺／Af，并绐出第三类边界条件即，=0界面侧的流体温度为了、n，对流换热系数为al；,