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基于碲化铋的热电制冷器瞬态制冷规律研究 被引量:1
1
作者 杨士冠 陈树权 +6 位作者 王剑 何俊松 程林 翟立军 刘虹霞 张艳 孙志刚 《材料导报》 北大核心 2025年第6期31-36,共6页
提出了一种基于相变材料和脉冲电流来提高热电制冷器瞬态制冷温度的方案。制冷器的散热端设计为翅鞘结构,内部填充相变材料,并且底部带有孔洞,相变材料吸热融化后从底部流出,通过程序控制向散热器中添加相变材料使热电制冷器可以持续工... 提出了一种基于相变材料和脉冲电流来提高热电制冷器瞬态制冷温度的方案。制冷器的散热端设计为翅鞘结构,内部填充相变材料,并且底部带有孔洞,相变材料吸热融化后从底部流出,通过程序控制向散热器中添加相变材料使热电制冷器可以持续工作。建立了热电制冷器件的三维传热模型,研究了脉冲电流的波形、脉冲宽度、脉冲比以及有无相变材料对热电制冷性能的影响。结果表明,在无相变材料的条件下,与恒定电流相比,脉冲电流使热电制冷器达到更低的制冷温度,冷端最低温度从-6.30℃显著降低到-14.01℃。有相变材料时,冷端最低温度从-14.01℃进一步降低到-17.74℃,过冷面积增大了48.43%。研究表明,方形脉冲具有最优的制冷温度和过冷面积。当方形脉冲宽度为26 s、脉冲比为2.5时,冷端最低制冷温度可以达到-17.74℃。当脉冲比进一步增大时,由于冷热侧温差增大,热电制冷器的制冷温度进一步降低。当脉冲宽度增大时,过冷面积变大,制冷温度和制冷系数都会降低。 展开更多
关键词 脉冲电流 相变材料 热电制冷 COMSOL Multiphysics
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液氮温区热电制冷器的性能分析及仿真研究
2
作者 张泓玮 赵玉强 +2 位作者 周敏 李来风 周远 《低温工程》 北大核心 2025年第1期51-57,共7页
建立了液氮温区热电制冷器的三维多物理场耦合仿真模型,采用锑化铋合金作n型腿,钇钡铜氧高温超导材料作被动分支,分析了热电臂几何尺寸和焊料层参数对制冷性能的影响,并进行仿真研究。研究结果表明,热电臂长度和焊料层厚度对制冷性能有... 建立了液氮温区热电制冷器的三维多物理场耦合仿真模型,采用锑化铋合金作n型腿,钇钡铜氧高温超导材料作被动分支,分析了热电臂几何尺寸和焊料层参数对制冷性能的影响,并进行仿真研究。研究结果表明,热电臂长度和焊料层厚度对制冷性能有显著影响。将热电臂长度从12.5 mm增加到21 mm,可以使最大制冷温差从5.4 K提高至6.2 K,性能提升14.8%;将焊料层厚度减小到0.2 mm,最大制冷温差可达6.5 K,性能提升20.4%。 展开更多
关键词 低温热电制冷 多物理场耦合模拟 制冷性能分析
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基于IGWO-BP-PID的热电制冷器温度控制方法
3
作者 徐晓钦 陈志明 +2 位作者 袁粤杨 沈萍 张镜洋 《兵器装备工程学报》 北大核心 2025年第2期236-243,共8页
针对热电制冷器在温度控制过程出现超调量较大、误差较大等问题,提出一种基于改进型灰狼算法优化的BP神经网络动态整定PID控制参数的方法。在所提方法中使用差分进化法则对灰狼算法进行改进,使用经改进型灰狼算法优化后的BP神经网络对PI... 针对热电制冷器在温度控制过程出现超调量较大、误差较大等问题,提出一种基于改进型灰狼算法优化的BP神经网络动态整定PID控制参数的方法。在所提方法中使用差分进化法则对灰狼算法进行改进,使用经改进型灰狼算法优化后的BP神经网络对PID控制参数进行自适应调整。为验证该方法的有效性,对算法进行仿真并与Ziegler-Nichols调试法以及粒子群优化法进行控制效果对比。仿真结果表明,在连续实现1、5、10℃的温度目标过程中,所提方法相较于Ziegler-Nichols调试法、粒子群优化法在到温时间上分别减小了40.19%、1.54%,在超调量上分别减少了87.55%、69.14%,在稳态误差上分别减少了88.54%、67.23%。此外,在跟踪正弦函数目标的对比结果也进一步证实基于IGWO-BP-PID控制方法的优越性。所提方法可以快速、高精度地解决热电制冷器温度控制问题。 展开更多
关键词 温度控制 热电制冷 PID参数整定 BP算法 改进GWO算法
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基于热管散热的多级热电制冷器性能分析
4
作者 孟凡凯 孙悦桐 周林 《海军工程大学学报》 CAS 北大核心 2024年第4期1-7,共7页
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... 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℃。 展开更多
关键词 热电制冷 多级热电制冷 热管 有限时间热力学 性能优化
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热电制冷器制冷工作电流特性分析 被引量:13
5
作者 潘海俊 阮萍 +1 位作者 李福 王洪伟 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2011年第6期1006-1010,共5页
随着高性能制冷CCD成像系统已经成为航天成像式探测的一个重要发展方向,热电制冷作为一种有效的电子设备冷却方法广泛用于重要部件的主动热控。为了实现热电制冷器工作电流的合理选择,在分析热电制冷机理的基础上,首先介绍了热电模块的... 随着高性能制冷CCD成像系统已经成为航天成像式探测的一个重要发展方向,热电制冷作为一种有效的电子设备冷却方法广泛用于重要部件的主动热控。为了实现热电制冷器工作电流的合理选择,在分析热电制冷机理的基础上,首先介绍了热电模块的3种工作模式(制冷、加热和热电发电),同时研究了热电偶内温度分布的一般形式,最后,在第一类边界条件下,针对工作电流对热电制冷器性能的影响进行了详细分析,并指出了在制冷模式下工作电流的选择范围,发现过小或过大的电流都将降低制冷器的制冷效果,为今后热电制冷器工作电流的选择提供了参考依据。 展开更多
关键词 热电制冷 制冷特性 热电模块 热电制冷
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某星载CCD器件散热用热电制冷器的性能试验 被引量:6
6
作者 江世臣 胡炳亭 +2 位作者 付鑫 康奥峰 董瑶海 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2014年第1期123-128,共6页
某地球静止轨道卫星光学相机由于CCD器件功耗较大,并要求处于较低的工作温度水平,经论证确定采用热电制冷器对CCD的温度进行主动控制。设计了热电制冷器性能地面试验装置,分别在大气和真空环境中选用国内外不同型号的热电制冷器进行对... 某地球静止轨道卫星光学相机由于CCD器件功耗较大,并要求处于较低的工作温度水平,经论证确定采用热电制冷器对CCD的温度进行主动控制。设计了热电制冷器性能地面试验装置,分别在大气和真空环境中选用国内外不同型号的热电制冷器进行对比试验研究。试验得到了安装方式对冷热端温差的影响、输入功耗与冷热端温差的对应关系、负载功率与冷热端温差的对应关系以及大气和真空环境对制冷器的性能影响等数据。试验结果表明,在CCD负载下,制冷器冷热端的温差最大可达到45.8℃,能够满足CCD的低温工作需求。 展开更多
关键词 热电制冷 地球静止轨道 散热 性能试验
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热电薄膜材料的制备和制冷器件的数值模拟 被引量:4
7
作者 祝薇 邓元 +2 位作者 王瑶 高洪利 胡少雄 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第8期1435-1442,共8页
论述了热电材料低维化和器件小型化的发展趋势以及在航空航天领域的应用.利用磁控溅射的方法,在柔性衬底聚酰亚胺(PI)上制备了热电薄膜材料,并对其微观结构和性能进行了表征,结果表明:P型Bi-Sb-Te和N型Bi-Te-Se薄膜均表现出(015)的取向... 论述了热电材料低维化和器件小型化的发展趋势以及在航空航天领域的应用.利用磁控溅射的方法,在柔性衬底聚酰亚胺(PI)上制备了热电薄膜材料,并对其微观结构和性能进行了表征,结果表明:P型Bi-Sb-Te和N型Bi-Te-Se薄膜均表现出(015)的取向性.利用ANSYS有限元模拟软件热电耦合场分析单元对面内型薄膜热电制冷器进行了模拟,讨论了器件的工作电流和材料物性参数对器件制冷性能的影响,发现通过减小基底的厚度和热导率,可增大基底面内方向的热阻,实现热流沿热电臂的传输;基底的镂空设计和制冷区域高导热层的引入,有利于制冷温差的建立和制冷区域的均匀制冷,这些为薄膜型制冷器件的制备提供了指导. 展开更多
关键词 热电材料 薄膜 热电制冷 数值模拟 优化设计
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热电制冷器的等效电路模拟与分析 被引量:18
8
作者 杨明伟 许文海 唐文彦 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2007年第2期281-285,共5页
作为半导体激光器组件的重要一部分,热电制冷器(TEC)工作特性的模拟对激光器组件的设计与优化有着重要的意义。根据实际器件的结构模型,建立了考虑各种影响因素所造成的附加热阻和接触电阻的数学模型,进而推导出TEC的等效电路模型。用SP... 作为半导体激光器组件的重要一部分,热电制冷器(TEC)工作特性的模拟对激光器组件的设计与优化有着重要的意义。根据实际器件的结构模型,建立了考虑各种影响因素所造成的附加热阻和接触电阻的数学模型,进而推导出TEC的等效电路模型。用SPICE进行了TEC各种特性的仿真和讨论,分析了环境温度、制冷功率、附加热阻、接触电阻、工作电流以及电流源等对TEC工作特性的影响。采用等效电路模拟对于TEC的设计、优化和应用控制是一种有效的方法。 展开更多
关键词 半导体激光 热电制冷 等效电路
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一种MEMS热电制冷器的设计 被引量:3
9
作者 廖波 孔德文 +2 位作者 陈旻 李娜 刘强 《北京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第9期812-815,共4页
研究一种基于MEMS工艺的微型热电制冷器.采用薄膜热电材料减小器件的尺寸,采用微机械加工工艺形成的硅杯结构降低衬底的热泄漏.器件在材料和工艺上都与微电子工艺兼容,易于与电子器件集成.分别讨论了热电臂长度、厚度及绝缘膜厚度等结... 研究一种基于MEMS工艺的微型热电制冷器.采用薄膜热电材料减小器件的尺寸,采用微机械加工工艺形成的硅杯结构降低衬底的热泄漏.器件在材料和工艺上都与微电子工艺兼容,易于与电子器件集成.分别讨论了热电臂长度、厚度及绝缘膜厚度等结构参数对器件最大制冷温差、制冷系数、制冷功率等性能的影响,得出最优的设计参数.分析中考虑了绝缘层热泄漏,制冷区的热对流和热辐射,以及接触电阻等非理想因素.分析结果表明,器件工作时达到的最大温差为40K;冷端温度为290K时,制冷功率为3mW. 展开更多
关键词 热电制冷 微电子机械系统 热电
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第三类热边界条件下两级热电制冷器的性能评价及优化 被引量:5
10
作者 毛佳妮 王世飞 +2 位作者 江述帆 周静伟 吕爽 《低温工程》 CAS CSCD 北大核心 2016年第2期1-7,共7页
为了获得两级热电制冷器与实际运行环境匹配的内部结构参数和系统工作电流,引入了第三类热边界条件,建立了能反映冷、热侧介质环境扰动程度的物理模型,推导得到了表征两级热电堆运行性能的关键参数表达式。然后以实现制冷量和制冷效率... 为了获得两级热电制冷器与实际运行环境匹配的内部结构参数和系统工作电流,引入了第三类热边界条件,建立了能反映冷、热侧介质环境扰动程度的物理模型,推导得到了表征两级热电堆运行性能的关键参数表达式。然后以实现制冷量和制冷效率综合最优为目标,最终提出了不同结构工况下级间元件个数比与工作电流区间的最优分配方案,并进一步讨论分析了影响因素对制冷性能的作用趋势。该多参数耦合的性能评价方法,对于辅助实现多级热电制冷器内部组合结构的优化设计提供了理论参考。 展开更多
关键词 两级热电制冷 第三类热边界条件 级间元件个数比 性能评价 优化设计
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基于热管散热的热电制冷器性能综合分析 被引量:5
11
作者 孟凡凯 陈赵军 +2 位作者 徐辰欣 江帆 谢志辉 《华南理工大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第10期104-113,共10页
热管具有导热性能高、轻便化、小型化的优点。建立了基于热管散热的热电制冷器有限时间热力学模型,给出了冷、热端热阻的具体计算方法。为了反映热电模块单位面积下的制冷能力,采用制冷率密度分析方法和折算面积热阻法,用数值算例分析... 热管具有导热性能高、轻便化、小型化的优点。建立了基于热管散热的热电制冷器有限时间热力学模型,给出了冷、热端热阻的具体计算方法。为了反映热电模块单位面积下的制冷能力,采用制冷率密度分析方法和折算面积热阻法,用数值算例分析了关键运行参数和设计参数的影响。为了比较不同工况下的制冷性能,首次引入热力学完善度性能指标,对热电制冷器的制冷性能进行了综合分析。给出了制冷器运行的最佳电流工作区间以及制冷温差范围,分析了制冷模块填充系数、制冷温差、热管参数(蒸发段长度和管壁厚度)对制冷器制冷率密度、制冷系数和热力学完善度的影响,并与风冷散热方式进行了比较,所得结果可为基于热管散热的制冷器设计和运行提供理论指导。 展开更多
关键词 热电制冷 热管 有限时间热力学 热力学完善度 制冷率密度 制冷系数
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微型热电制冷器非稳态特性的热电模拟研究 被引量:9
12
作者 杨明伟 周兆英 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2008年第3期432-435,共4页
在微型热电制冷器应用中,精密恒温器、医疗仪器、电子控制元件等的快速制冷以及在环境条件变化情况下的适应性调节,都体现了非稳态研究的重要价值。介绍了一种利用等效电路网络思想来研究微型热电制冷器非稳态特性的方法。首先基于热电... 在微型热电制冷器应用中,精密恒温器、医疗仪器、电子控制元件等的快速制冷以及在环境条件变化情况下的适应性调节,都体现了非稳态研究的重要价值。介绍了一种利用等效电路网络思想来研究微型热电制冷器非稳态特性的方法。首先基于热电模拟思想,建立了微型热电制冷器的等效电路模型,该模型综合考虑了结构尺寸、非控制端温度、控制端热流量、附加热阻、附加电阻、工作电流以及驱动源等因素对器件特性的影响。然后利用该模型分别分析了制冷与热泵模式下,控制端热量、非控制端温度、工作电流等运行条件随时间改变时,对微型热电制冷器非稳态工作特性的影响。并最终得出了控制端的负载、非控制端温度、工作电流等参数对控制端温度Tcs影响的基本规律,这为微型热电制冷技术的深入研究和应用提供了理论指导。 展开更多
关键词 热电制冷 等效电路 非稳态特性
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微型热电制冷器制造技术及其性能 被引量:5
13
作者 王小群 徐俊 《制冷学报》 CAS CSCD 北大核心 2007年第6期41-46,共6页
介绍了微型热电制冷器的分类以及结构和性能特点,重点阐述了Cross-Plane和In-Plane两类微型热电制冷器的制作工艺及其研究现状。微型热电制冷器的制作工艺复杂,加工难度大,实际制冷性能与理论值还有一定差距。研制高优值系数的热电材料... 介绍了微型热电制冷器的分类以及结构和性能特点,重点阐述了Cross-Plane和In-Plane两类微型热电制冷器的制作工艺及其研究现状。微型热电制冷器的制作工艺复杂,加工难度大,实际制冷性能与理论值还有一定差距。研制高优值系数的热电材料和对结构进行优化设计是提高微型热电制冷器制冷性能的根本途径。 展开更多
关键词 热工学 微型热电制冷 综述 臂长 制作工艺
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热电制冷器制冷性能的影响因素及改善措施 被引量:5
14
作者 时阳 朱兴旺 +1 位作者 陈爱东 姬鹏先 《郑州轻工业学院学报(自然科学版)》 CAS 2003年第2期39-41,共3页
根据热电制冷器的制冷工作特性,分析了附加传热温差、焊缝电阻、杂散热交换、元件性能下降等因素对热电制冷器的制冷工作特性的影响,提出了减小电绝缘导热层的厚度,检查元件的电阻值,保证夹具夹紧力、平面度和平行度,优化焊接工艺和减... 根据热电制冷器的制冷工作特性,分析了附加传热温差、焊缝电阻、杂散热交换、元件性能下降等因素对热电制冷器的制冷工作特性的影响,提出了减小电绝缘导热层的厚度,检查元件的电阻值,保证夹具夹紧力、平面度和平行度,优化焊接工艺和减少钎料用量等提高热电制冷器制冷性能的工艺措施。 展开更多
关键词 热电制冷 制冷性能 制造工艺 电绝缘导热层厚度 检查元件电阻 工艺措施
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多级热电制冷器的数值模拟与实验研究 被引量:6
15
作者 赵举 陈曦 《制冷学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第2期94-99,共6页
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... 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。 展开更多
关键词 多级热电制冷 ANSYS模拟 实验研究
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两级串联热电制冷器的性能分析及优化设计 被引量:1
16
作者 张玲 郑艳萍 +3 位作者 李成 赵华东 钱梦媛 张景双 《低温工程》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期70-77,共8页
为了提高制冷器的制冷性能和可靠性,以满足更多应用场所的要求,需对其进行优化设计。建立了两级串联热电制冷器的三维有限元模型,考虑了材料对温度的依赖性,分析了热电臂的数量比RN和结构尺寸高度比RH、横截面积比RA及中间陶瓷板厚度δ... 为了提高制冷器的制冷性能和可靠性,以满足更多应用场所的要求,需对其进行优化设计。建立了两级串联热电制冷器的三维有限元模型,考虑了材料对温度的依赖性,分析了热电臂的数量比RN和结构尺寸高度比RH、横截面积比RA及中间陶瓷板厚度δ对两级热电制冷器制冷性能和热应力的影响。结果表明,数量比为2.07时,器件具有优异的制冷性能和较小的热应力。通过响应面法和遗传算法对器件的结构尺寸参数进行了多目标优化。与初始结构相比,优化后器件的制冷量提升了11.8%,制冷系数提升了10.5%,最大热应力降低了14.9%。 展开更多
关键词 热电制冷 两级 制冷性能 热应力 多目标优化
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热电制冷器制冷特性的实验研究 被引量:2
17
作者 姬鹏先 时阳 黄勇军 《郑州轻工业学院学报(自然科学版)》 CAS 2005年第2期47-48,54,共3页
设计了一种热电制冷器,通过对其不同工作电压、环境温度下制冷性能的研究,找出了影响热电制冷器制冷性能的主要因素和最佳工作电压.
关键词 热电制冷 制冷性能 工作电压
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热电制冷器电源的研究 被引量:1
18
作者 翟建勇 冯卓民 +2 位作者 张哲 陈敏 钱照明 《机电工程》 CAS 2008年第8期53-55,共3页
针对光纤耦合半导体激光器热电制冷器,采用同步Buck变换器设计了其供电电源,并采用了直接电流控制以减少电路的浪涌电流。实际电路采用了完全瓷片电容解决方案以减少电路的纹波电流,使得供电电源具有效率高、体积小、成本低等特点。实... 针对光纤耦合半导体激光器热电制冷器,采用同步Buck变换器设计了其供电电源,并采用了直接电流控制以减少电路的浪涌电流。实际电路采用了完全瓷片电容解决方案以减少电路的纹波电流,使得供电电源具有效率高、体积小、成本低等特点。实验结果证明,该供电电源的电流纹波能够满足TEC的要求。 展开更多
关键词 热电制冷 BUCK变换 直接电/流控制 金属氧化物半导体场的应晶体管
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变温热源热管式热电制冷器结构设计和性能分析 被引量:3
19
作者 孟凡凯 陈赵军 徐辰欣 《东南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期309-319,共11页
基于有限时间热力学理论,设计了一种冷却空气的通道结构,建立了基于热管散热的变温热源热电制冷器有限时间热力学模型.通过数值模拟方法对装置冷、热端热阻进行了分析,得到了沿管道流动方向制冷模块冷、热端温度和冷空气温度的变化规律... 基于有限时间热力学理论,设计了一种冷却空气的通道结构,建立了基于热管散热的变温热源热电制冷器有限时间热力学模型.通过数值模拟方法对装置冷、热端热阻进行了分析,得到了沿管道流动方向制冷模块冷、热端温度和冷空气温度的变化规律;以制冷率密度和制冷系数为性能指标,分析了输入电流、入口温度、空气流速等关键运行参数和模块填充系数、热电单元长度、管道宽度和吸液芯厚度等设计参数对装置性能的影响,并讨论了空气间隙热漏影响.结果表明:入口温度为290 K时,0.2 m宽的管道管内冷空气温度每米流程下降约14 K;与同工况下不考虑空气间隙热漏情形相比,考虑空气间隙热漏时最大制冷率密度和最大制冷系数分别为0.48 W/cm^(2)和1.11,分别降低了4.00%和5.13%. 展开更多
关键词 热电制冷 热管 变温热源 制冷率密度 制冷系数 有限时间热力学
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热电式制冷器的最佳化设计 被引量:3
20
作者 吴兆琳 徐之平 王锦侠 《上海机械学院学报》 1992年第2期55-60,共6页
本文论述微气候空调系统冷源——热电式制冷器的最佳化设计。通过合理配置半导体热电堆,使制冷器处于最佳化运行电流状态,从而取得较为理想的制冷效果。笔者根据此最佳化设计,已研制出一套制冷量为384 W,功率消耗为1000 W,运行电压为24V... 本文论述微气候空调系统冷源——热电式制冷器的最佳化设计。通过合理配置半导体热电堆,使制冷器处于最佳化运行电流状态,从而取得较为理想的制冷效果。笔者根据此最佳化设计,已研制出一套制冷量为384 W,功率消耗为1000 W,运行电压为24V(DC),运行电流为40 A(DC)的制冷器,经实测表明,达到设计要求。 展开更多
关键词 热电 制冷 半导体制冷 最佳化
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