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半导体制冷系统强化传热的研究

作 者: 黄焕文
导 师: 冯毅
学 校: 华南理工大学
专 业: 化工过程机械
关键词: 半导体制冷 强化传热 COP 结构优化
分类号: TB657.5
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
下 载: 102次
引 用: 1次
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内容摘要


半导体制冷技术已经在一些领域得到应用,然而在应用过程中还有问题特别是热传热问题没有解决好,导致整个制冷系统效率低下,因此需要利用强化传热措施进一提高半导体制冷系统的传热性能,提高其制冷效率。本文主要研究工作如下:1、分析了半导体制冷热电效应组成、半导体制冷系统传热及制冷特性、制冷器散热器和散冷器的连接方式等。2、利用ANSYS软件对不同结构的散热器进行温度场数值模拟,得出在相同体积的铝制散热器散热最优化结构。3、通过建立半导体制冷系统实验平台,在稳定工况下测量采集各种实验数据并数值模拟结果进行比较分析。通过以上分析研究发现实验与数值模拟结果吻合较好,得出主要研究结论如下:1、由数值模拟得体积为V=9×104mm3的铝制散热器限定底板座长度和底板座宽x1=100mm、x2=100mm,则其最优化散热结构是底板座厚度x3=4.6mm,翅片高度x5=40mm,翅片数目x6=22,翅片底端厚度x4=0.7mm,翅片顶端厚度x7=0.3mm。2、半导体制冷系统采取风冷散热时对于半导体制冷器功率在60W以内时可以采12V/0.2A规格的散热风扇,其性价比最优,但在风扇选型时要注意风扇尺寸与散热器面尺寸相匹配。3、在相同体积下散热器方形结构比梯形状结构具有更好的散热效果,散热器翅数目的增加更利于提高散热效果。在一定制冷量要求下可以适当降低半导体制冷器的定功率,这样可以在满足制冷量要求的前提下达到比较高的制冷效率。4、导热硅胶对半导体制冷系统热端散热的作用显著,在风冷和水冷散热方式下得系统的最大COP分别由原来的22.5%、24%增加到36%、48%。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章 绪论  10-17
  1.1 课题的研究背景和意义  10-11
  1.2 半导体制冷传热国外研究现状分析  11-15
  1.3 半导体制冷传热国内研究现状分析  15-16
  1.4 课题研究目的及论文研究内容  16-17
第二章 半导体制冷系统传热特征及强化传热方式探讨  17-33
  2.1 半导体制冷系统传热特性分析  17-22
    2.1.1 半导体制冷热电效应组成  17-19
    2.1.2 半导体制冷系统传热及制冷特性分析  19-22
  2.2 半导体制冷系统强化传热方式对比分析  22-28
  2.3 半导体制冷器热端传热温差分析  28-31
    2.3.1 热端传热温差分析及减小温差的措施  28-30
    2.3.2 制冷器与散热器/散冷器的连接  30-31
  2.4 本章小结  31-33
第三章 散热器温度场的有限元模拟分析  33-53
  3.1 热分析基础条件  34-38
    3.1.1 温度场和热传导的相关概念  34-35
    3.1.2 热传导微分方程  35-37
    3.1.3 温度场的边值条件  37-38
    3.1.4 热分析载荷  38
  3.2 直板式散热器ANSYS热分析  38-52
    3.2.1 散热器数值模拟的建模求解步骤  39-40
    3.2.2 翅片厚度和高度对散热性能的影响  40-42
    3.2.3 底板座厚度和翅片厚度对散热性能的影响  42-43
    3.2.4 底板座厚度和翅片高度对散热性能的影响分析  43-45
    3.2.5 底板座厚度和翅片数对散热性能的影响分析  45-46
    3.2.6 翅片厚度和翅片数对散热性能的影响分析  46-48
    3.2.7 翅片高度和翅片数对散热性能的影响分析  48-49
    3.2.8 翅片顶端与底端厚度对散热性能的影响分析  49-51
    3.2.9 最优化散热器结构设计  51-52
  3.3 本章小结  52-53
第四章 半导体制冷系统强化传热实验分析  53-70
  4.1 实验目的  53
  4.2 实验方法及实验装置介绍  53-58
    4.2.1 实验方法  53-54
    4.2.2 实验装置介绍  54-58
  4.3 实验结果和数据分析  58-68
    4.3.1 自然对流散热与系统制冷性能关系  58-59
    4.3.2 散热风扇功率与系统制冷性能关系  59-60
    4.3.3 散热器结构对制冷系数的影响  60-62
    4.3.4 制冷器功率对系统制冷性能的影响  62-64
    4.3.5 冷却水温度与系统制冷性能的关系  64
    4.3.6 热交换装置对系统制冷性能的影响  64-65
    4.3.7 导热硅胶对系统制冷性能的影响  65-67
    4.3.8 半导体制冷最优化散热方式分析  67-68
  4.4 本章小结  68-70
结论与展望  70-72
  1、本文工作总结  70
  2、未来工作的建议与展望  70-72
参考文献  72-77
攻读硕士学位期间取得的研究成果  77-78
致谢  78-79
附件  79

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 制冷工程 > 制冷机械和设备 > 制冷设备 > 热交换及其设备
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