换热器原理与设计课件第六章电子设备散热新技术

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1、电子设备散热新技术1热电半导体制冷器2热管散热器3焦汤制冷器第六章热电半导体制冷器半导体制冷又称热电制冷，或者温差电制冷，是从50年代发展起来的一门介于制冷技术和半导体技术边缘的学科。它利用特种半导体材料构成的P-N结，形成热电偶对，产生珀尔帖效应，即通过直流电制冷的一种新型制冷方法，与压缩式制冷和吸收式制冷并称为世界三大制冷方式。帕尔帖效应（热电制冷效应）1834年法国物理学家帕尔帖发现：当一块N型半导体和一块P型半导体连接成电偶并在闭合回路中通以直流电流时，在其两端的结点将分别产生吸热和放热现象。半导体制冷的效果就主要取决于电荷载体运动的两种材料的能级差，即热

2、电势差。纯金属的导电导热性能好，但制冷效率极低（不到1%）。半导体材料具有极高的热电势，可以成功的用来做小型的热电制冷器。电偶臂结点处吸收的热量为式中：π——帕尔帖系数，π=(αP－αN)Tc，单位为V，故该系数又称为帕尔帖电压；αP、αN——P型和N型半导体材料的温差电动热，V/℃；I——直流电流，A；Tc——冷端温度，K。二、塞贝克效应（逆效应）1821年塞贝克（T.J.Seebeck）发现：用两种不同导体相互连接而形成的回路中，若在其两端的接头处维持某一温差，则将在回路中产生电动势。电动势的大小与温差成正比，即或式中：α——塞贝克系数，V/℃，与半导体材料的

3、性质有关。三、汤姆逊效应1854年汤姆逊（W.Thomson）提出：当电流流过具有温度梯度的单个均匀导体时，将产生放热和吸热现象。单位时间内产生的汤姆逊热的多少与电流和温度梯度的乘积成反比，即式中：σ——汤姆逊系数，V/℃。四、焦耳效应电阻生热效应。式中：R——导体的电阻；I——通过导体的电流。五、傅立叶效应傅立叶导热定律式中：λ——导体的导热系数，W/(m·K)；A——导体的横截面面积，m2；l——温差电偶对的长度，m；Δt——电偶对两结点的温差，℃。制冷器冷端净吸热的基本方程设计热电制冷器时，通常忽略汤姆逊热的影响，而且这种忽略所引起的误差不会太大。在x＝L的

4、冷端处，净抽吸热等于帕尔帖热减去焦耳热和傅立叶导热带来的损失，如以Tc表示冷端温度，则有故制冷器冷端净吸热量热电制冷装置的优点：①可采用直流电源，并以改变电流方向的方法达到加热或制冷的目的。用于加热时的效率可大于1。②无运转部件，故可靠性高。③对重力不敏感。④制冷的速度和温度可通过工作电流进行控制。⑤装置的只寸不受限制，可根据设备的制冷要求进行组装。热电制冷装置的主要缺点是工作效率较低，尤其是需要采用大电流的直流电源，其体积和重量较大。其制冷温度也比不上机械式制冷机低。因此仅适用于制冷量小、制冷温度不太低的电子器件冷却或作为恒温器使用。半导体温差电片件应用范围有：

5、制冷、加热、发电，制冷和加热应用比较普遍，有以下几个方面：1、军事方面：导弹、雷达、潜艇等方面的红外线探测、导行系统。2、医疗方面；冷力、冷合、白内障摘除片、血液分析仪等。3、实验室装置方面：冷阱、冷箱、冷槽、电子低温测试装置、各种恒温、高低温实验仪片。4、专用装置方面：石油产品低温测试仪、生化产品低温测试仪、细菌培养箱、恒温显影槽、电脑等。5、日常生活方面：空调、冷热两用箱、饮水机、电子信箱、电脑以及其他电器等。第七章热管散热器7.1概述1965年Coffer发表了热管理论热管技术的特点⑴热管的传热能力高——利用工质的相变传热。⑵热管的均温特性好——管内蒸气处于

6、饱和状态。⑶具有可变换热流密度的能力——实现“热变压器”。⑷具有良好的恒温特性——充有惰性气体的可控热管。(5)环境的适应性7.2热管的类型及其工作原理热管按其工作温度范围可分为：⑴深冷热管——工作温度范围为100～200K。工质可选用纯化学元素，如氦、氩、氮、氧等，或乙烷、氟利昂的化合物。⑵低温热管——工作温度范围为200～250K。工质可选用水、氟利昂、氨、酒精、丙酮等有机物质。⑶中温热管——工作温度范围为550～750K。工质可选用导热姆A（联苯—苯醚共溶体）、水银、硫、铯等物质。⑷高温热管——工作温度范围大于750K。工质可选用钾、锂、铝、银等高熔点液态金

7、属。一、普通热管普通热管由管壳、吸液芯和工质组成。热管中工质流动的阻力：⑴液体从冷凝端返回蒸发端所产生的阻力Δpl；⑵蒸气从蒸发端流向冷凝端所遇到的阻力Δpv；⑶热管倾斜放置时，重力对轴向压力的影响Δpg；热管正常工作必须满足的压力平衡式为：二.两相闭式热虹吸管两相闭式热虹吸管又称为重力热管。与普通热管原理一样，但不同的是热管内没有吸液芯，冷凝液的回流主要是靠自身的重力作用，因此，热虹吸管的作用有一定的方向性：冷凝段位置必须高于蒸发段。其结构简单、制造方便、成本低廉、而且传热性能优良、工作可靠，因此在地面上的各类传热设备中都可以作为高效传热元件，其应用领域非常广泛

8、。两相闭式