熱電制冷器瞬態(tài)超冷性能強(qiáng)化研究.pdf

1、隨著半導(dǎo)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(lǐng)域得到實(shí)際應(yīng)用。與傳統(tǒng)制冷技術(shù)相比，熱電制冷器具有體積小、反應(yīng)迅速、無運(yùn)動(dòng)部件、對(duì)環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)。單層熱電制冷器能達(dá)到的最大溫差大約為70K，為進(jìn)一步強(qiáng)化制冷性能，其瞬態(tài)超冷效應(yīng)引起學(xué)者廣泛關(guān)注。本文建立了三維瞬態(tài)多場(chǎng)耦合模型，考慮制冷過程中發(fā)生的所有熱電效應(yīng)以及材料變物性，從脈沖波形、半導(dǎo)體形狀、雙層結(jié)構(gòu)三個(gè)方面強(qiáng)化熱電制冷器的瞬態(tài)制冷性能。
　　以冪指函數(shù)波形電流

2、脈沖(t0、t1/2、t1、t2、t3、t4、t5)為研究對(duì)象，探討在這類電流脈沖驅(qū)動(dòng)下熱電制冷器的瞬態(tài)超冷效應(yīng)，綜合分析脈沖振幅、脈寬、邊界條件等因素對(duì)制冷性能的影響。對(duì)于相同條件下的冪指函數(shù)波形，當(dāng)冷端最低溫度出現(xiàn)在脈沖結(jié)束前時(shí)，指數(shù)越大，冷端溫度越低;當(dāng)冷端最低溫度出現(xiàn)在脈沖結(jié)束時(shí)，指數(shù)越小，冷端溫度越低。
　　提出新型變截面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。與傳統(tǒng)的熱電制冷器相比，變截面設(shè)計(jì)多了兩個(gè)額外的效應(yīng)。首先，變化的橫截面積使得熱阻不對(duì)稱，

3、焦耳熱優(yōu)先傳向橫截面積較大的一端，稱為熱傳導(dǎo)效應(yīng)。其次，在橫截面積較小的一端產(chǎn)生更多的焦耳熱，稱為焦耳熱效應(yīng)。在脈沖期間焦耳熱效應(yīng)總是強(qiáng)于熱傳導(dǎo)效應(yīng)，更多的焦耳熱傳向橫截面積小的一端。然而脈沖結(jié)束后熱量更多地傳向橫截面積較大的一端。當(dāng)需要更低的冷端溫度、更小的過沖溫度或更長(zhǎng)的維持時(shí)間時(shí)，應(yīng)采用冷端橫截面積較大的設(shè)計(jì);當(dāng)優(yōu)先考慮更短的恢復(fù)時(shí)間時(shí)，應(yīng)采用冷端橫截面積較小的設(shè)計(jì)。
　　首次提出將瞬態(tài)超冷效應(yīng)和堆疊結(jié)構(gòu)相結(jié)合的設(shè)計(jì)概念。與