热管式两级热电冷水机性能分析与优化

针对热管良好的散热能力和两级热电制冷器能达到更大的制冷温差的特性,提出了一种基于热管散热的两级热电冷水机模型.基于有限时间热力学和非平衡热力学,考虑包括汤姆逊效应在内的各种热电效应,用数值模拟的方法分析了恒温热源下工作电流、热电单元分配比以及热管几何参数(热管外径、蒸发段长度和吸液芯厚度)对装置制冷率、制冷系数和极限制冷温差的影响.在热电单元总对数一定的约束条件下,分别以制冷率和制冷系数最大为目标,以电流和热电单元分配比为优化变量,优化了装置性能,并分析了关键参数对最优变量和最优性能的影响,得到了协调制冷率和制冷系数的最优区间.通过优化热电单元分配比和电流,装置制冷率和制冷系数有了较大的提升.当ΔT=20 K,x=0.6,I=2.5 A时,优化后的制冷率和制冷系数分别达到23.42 W和1.53,较优化前分别提高了12.11%和218.75%.