本文關鍵詞：熱電制冷器瞬態(tài)超冷性能強化研究　出處：《華北電力大學(北京)》2016年碩士論文　論文類型：學位論文

  更多相關文章： 熱電制冷 瞬態(tài)超冷效應 脈沖波形 變截面 雙層熱電制冷器

【摘要】：隨著半導體熱電材料的出現(xiàn),熱電制冷器在醫(yī)療、航空、軍事、工業(yè)等領域得到實際應用。與傳統(tǒng)制冷技術相比,熱電制冷器具有體積小、反應迅速、無運動部件、對環(huán)境友好等優(yōu)點。單層熱電制冷器能達到的最大溫差大約為70 K,為進一步強化制冷性能,其瞬態(tài)超冷效應引起學者廣泛關注。本文建立了三維瞬態(tài)多場耦合模型,考慮制冷過程中發(fā)生的所有熱電效應以及材料變物性,從脈沖波形、半導體形狀、雙層結構三個方面強化熱電制冷器的瞬態(tài)制冷性能。以冪指函數(shù)波形電流脈沖(t0、t1/2、t1、t2、t3、t4、t5)為研究對象,探討在這類電流脈沖驅動下熱電制冷器的瞬態(tài)超冷效應,綜合分析脈沖振幅、脈寬、邊界條件等因素對制冷性能的影響。對于相同條件下的冪指函數(shù)波形,當冷端最低溫度出現(xiàn)在脈沖結束前時,指數(shù)越大,冷端溫度越低；當冷端最低溫度出現(xiàn)在脈沖結束時,指數(shù)越小,冷端溫度越低。提出新型變截面結構設計。與傳統(tǒng)的熱電制冷器相比,變截面設計多了兩個額外的效應。首先,變化的橫截面積使得熱阻不對稱,焦耳熱優(yōu)先傳向橫截面積較大的一端,稱為熱傳導效應。其次,在橫截面積較小的一端產生更多的焦耳熱,稱為焦耳熱效應。在脈沖期間焦耳熱效應總是強于熱傳導效應,更多的焦耳熱傳向橫截面積小的一端。然而脈沖結束后熱量更多地傳向橫截面積較大的一端。當需要更低的冷端溫度、更小的過沖溫度或更長的維持時間時,應采用冷端橫截面積較大的設計；當優(yōu)先考慮更短的恢復時間時,應采用冷端橫截面積較小的設計。首次提出將瞬態(tài)超冷效應和堆疊結構相結合的設計概念。與單層熱電制冷器相比,雙層熱電制冷器的瞬態(tài)超冷效應能獲得更低的冷端溫度和更長的維持時間。對于分別式雙層熱電制冷器,熱節(jié)脈沖振幅和脈沖寬度適當小于冷節(jié)脈沖振幅和脈寬時能獲得更佳的瞬態(tài)制冷性能。熱節(jié)脈沖較早施加可獲得較低的冷端溫度,熱節(jié)脈沖較晚施加可獲得較長的維持時間。
【學位授予單位】：華北電力大學(北京)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB65

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