基于热管散热的多级热电制冷器性能分析

为了研究几何结构对多级热电制冷性能的影响,建立了基于热管散热的多级热电制冷器有限时间热力学模型,提出模块利用系数和协调性能系数两个性能评价指标,并采用数值模拟的方法研究了热电偶比例系数和级数对热电制冷器性能的影响,得到了不同几何结构下装置性能指标随工作电流的变化规律。结果表明:比例系数为2的六级热电制冷器的制冷温差和制冷量可分别达到135.3℃和0.34 W;较小的比例系数和工作电流,可以有效实现制冷能力和经济性能的统一。设计制作了基于热管散热的四级热电制冷器样机,当环境温度分别为16℃和26℃时,实测冷端温度分别为-76℃和-69℃。

空冷式多级热电制冷器性能综合分析

多级热电制冷器可提供更大的制冷温差,但制冷经济性能随级数增大而迅速降低.综合考虑热电材料各种内部效应与外部传热不可逆性,建立了空冷式多级热电制冷器的有限时间热力学模型,给出了制冷量和制冷系数的计算方法.为全面描述和分析多级热电制冷器性能,引入热力学完善度指标,并提出协调性能系数性能评价指标,分析了制冷器工作电流、热电臂横截面积与制冷温差对制冷量、制冷系数、热力学完善度和协调性能系数的影响.结果表明:当制冷温差为87℃时,电流分别为2.55 A和1.30 A时,热电臂横截面积分别为2.2 mm^(2)和3.0 mm^(2)时,制冷量和制冷系数分别达到最大值.综合考虑制冷能力与经济性,当电流为1.75 A时,可获得制冷量、耗功与制冷系数的最佳协调性能.

多级热电制冷器的数值模拟与实验研究

对多级热电制冷器进行了理论分析。在三种不同工况下,运用ANSYS模拟四种不同类型热电制冷器的制冷温度,并搭建实验台进行了实验研究。模拟结果表明,热电制冷器热电对之间的距离对其制冷温度有影响,设计热电制冷器时,应对热电对距离进行优化设计。实验结果表明,实验用热电制冷器最佳工作电压为12V,热电制冷器制冷温度受外界环境影响非常大,选择合适的绝热材料对制冷器制冷温度有重要影响。实验结果还表明,热电制冷器输入电流和功率随热端温度升高而减小,制冷温度和最大制冷温差随热端温度升高而增大。

多级热电制冷技术研究进展

多级热电制冷装置可实现较大温差,在低温的工作环境中具有独特优势。介绍了多级热电制冷技术的基本原理和物理模型,概述了数值模拟、实验研究及性能优化三个方面的国内外研究进展,归纳总结了在生物医疗、军事、电子等领域的应用与发展现状,展望了未来多级热电制冷技术的发展趋势。指出先进的热端散热技术、多样化的评价指标、热电联合系统等有望成为多级热电制冷技术未来的重点研究方向。