环形热电制冷器支腿几何形状与结构优化

环形热电制冷器可以消除平板热电制冷器冷却圆形热源时由于几何形状不匹配而产生的接触热阻。本文采用三维有限元法对变形状支腿的环形热电制冷器进行了数值模拟,研究了支腿形状、体积、电流、环角比例系数、高度等对制冷性能的影响。结果表明,X、Y环形支腿比传统梯形的最大温差分别提升了0.71%和0.74%,同时可节省约25%、38%的热电材料,相同体积下,优化后的结构可使冷端温度降低2.5 K。此外,当环角比例系数θr从1减小至0.15、支腿高度从1 mm增加至2 mm时,制冷性能分别提高了0.66%和0.72%。

热电几何结构对环形制冷器性能的影响分析

为了使管状型热源得到充分利用,可通过环形热电制冷器以消除形状不匹配而形成的热损耗。建立环形热电制冷器的物理模型来探索环形热电模块的性能特点,基于建立的仿真模型,研究了热电臂尺寸因子和形状参数对环形热电制冷器性能的影响,并与形状参数为1时的平板式热电制冷器进行了比较。结果表明,增大尺寸因子能有效提升制冷量和制冷系数,随着电流的增大,制冷量先增大后减小。此外,随着形状参数的增加,制冷量和制冷系数均呈现出先上升后下降的趋势,在形状参数接近1而不等于1时达到峰值。

环形热电制冷无量纲分析和性能评价

结合能量和[火用]理论,通过无量纲分析构建了环形热电制冷系统的热力学模型,分析环形热电制冷系统的制冷性能。探究环形热电制冷器在不同无因次参数如无因次半径、无因次电阻和优值系数下冷却温度和冷却效率。结果表明:冷端温度和冷却效率受到以上关键参数的影响,并且随着无因次制冷量的增长,环形热电制冷系统的制冷性能有一定的提升,当无因次制冷量从0.07增长到0.09时,环形热电制冷系统提升了近20%。无因次制冷量的变化对于环形热电制冷系统的[火用]效率几乎没有影响。