半导体制冷器在弱散热条件下的制冷性能分析

作     者：李晓辉 廖明建 贺铸 樊希安 Li Xiaohui;Liao Mingjian;He Zhu;Fan Xi'an

作者机构：武汉科技大学钢铁冶金及资源利用省部共建教育部重点实验室武汉430081 武汉科技大学高温材料与炉衬技术国家地方联合工程研究中心武汉430081 

出 版 物：《低温工程》 (Cryogenics)

年 卷 期：2019年第6期

页      面：32-39页

学科分类：080705[工学-制冷及低温工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

基　　金：国家自然科学基金(11402179、11572274)资助项目 

主　　题：半导体制冷 数值模拟 散热条件 制冷量 输入功率 

摘      要：利用ANSYS Workbench中的热电耦合模块对3款型号半导体制冷器进行建模与数值模拟,并将模拟结果与文献进行对比。基于此模型分析了在热端散热条件受到限制的情况下3款型号半导体制冷器制冷性能的变化规律。研究表明:热端散热条件对功率越大的器件影响越显著,在冷端温度为10℃时大功率器件的散热量较小功率器件高出13.8%,热端温度高出7.7℃,其制冷量与制冷系数仅为后者的25.7%和19.7%。将输入电压由12 V减小为9 V后,在相同的散热条件下大功率器件的制冷量增加了2.1 W,增幅达211%,制冷系数增幅达142%。但其性能依然不及其余两款小功率器件。因此,在热端散热条件受到限制时,适当减小器件的输入功率反而可以得到更好的制冷性能,且小功率器件更适合在该场合下使用。在器件的冷端温度高于室温时,大功率器件的热端温度容易过高,影响器件使用寿命甚至烧毁器件。将输入电压由12 V减小为9 V后,大功率器件的制冷量较小功率器件高6.9%。因此,在适当减小输入功率后,大功率器件会更适合冷端温度高于室温的制冷工况。