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        兩級(jí)熱電制冷器瞬態(tài)與穩(wěn)態(tài)性能研究

        2019-09-04 04:10:31何杭
        科技風(fēng) 2019年21期

        何杭

        摘 要:本文對(duì)兩級(jí)熱電制冷器瞬態(tài)與穩(wěn)態(tài)性能進(jìn)行了研究。結(jié)合三維有限元模型分別對(duì)最佳穩(wěn)態(tài)電流與脈沖電流加入時(shí)間分析,得到最佳穩(wěn)態(tài)電流為冷結(jié)0.38A、熱結(jié)0.32A,同時(shí)在2s時(shí)加入脈沖電流能夠達(dá)到最大制冷溫度。

        關(guān)鍵詞:熱電制冷器;瞬態(tài)分析;三維多物理場(chǎng)模型

        半導(dǎo)體熱電制冷器(TEC)由于它的高可靠性、低噪音、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn),受到了廣泛的關(guān)注。然而熱電制冷器相對(duì)低的能源轉(zhuǎn)換效率是其實(shí)際應(yīng)用的一大制約因素,因此關(guān)于改善熱電制冷器件性能的研究至關(guān)重要。其中,優(yōu)化熱電器件的幾何參數(shù)設(shè)計(jì)與工作狀況設(shè)計(jì)是改善熱電制冷器性能的重要途徑。

        因此研究雙層熱電制冷器件的性能參數(shù)有至關(guān)重要的意義,可為將來器件的實(shí)際使用起到參考價(jià)值。為此我們基于三維有限元模型開展了熱電制冷器件的穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)性能分析,從最佳穩(wěn)態(tài)電流與脈沖電流加入時(shí)間做分析與討論。

        1 兩級(jí)熱電制冷器模型

        圖1 雙層熱電制冷器示意(左)幾何模型 (右)網(wǎng)格劃分

        建立雙層熱電制冷器件的三維有限元模型,其幾何模型與網(wǎng)格劃分如圖1所示。同時(shí),用于計(jì)算有限元模型的能量方程、電勢(shì)方程與能量控制方程如下:

        2 最佳穩(wěn)態(tài)電流分析

        穩(wěn)態(tài)最佳電流:對(duì)于一個(gè)通入分別式脈沖電流的雙層TEC,電流在每一個(gè)冷、熱節(jié)都單獨(dú)控制。為了確定冷節(jié)與熱節(jié)的最佳穩(wěn)態(tài)電流,冷節(jié)先輸入一個(gè)固定電流值Ic,1,然后持續(xù)變化通入熱節(jié)的電流Ih,直至找出冷端溫度最低Tc,min1時(shí)對(duì)應(yīng)的值;接著冷節(jié)再固定另一個(gè)電流值Ic,2,同樣持續(xù)變化熱節(jié)電流,找出此時(shí)冷端溫度最低Tc,min2對(duì)應(yīng)的電流值;如此重復(fù),最后在冷節(jié)電流Ic一系列的變化后,可以得到Ic-Tc,min的曲線:結(jié)果表明冷端最低溫度為256.97K,此時(shí)冷節(jié)電流為IC=0.38[A],熱節(jié)電流為IH=0.32[A]。曲線如圖2所示:

        由上述結(jié)果可以找出基本工況冷端瞬態(tài)溫度變化情況。

        3 脈沖電流加入時(shí)間分析

        固定加入的脈沖電流的脈寬為2s,脈沖振幅為Pc=3,改變加入時(shí)間觀測(cè)其變化,結(jié)果如圖3所示:

        由上可知,當(dāng)在2s時(shí)加入脈沖電流效果最好。

        4 結(jié)論

        通過最佳穩(wěn)態(tài)電流與脈沖電流加入時(shí)間分析。得到最優(yōu)冷節(jié)電流為IC=0.38[A],熱節(jié)電流為IH=0.32[A],同時(shí)當(dāng)在2s時(shí)加入脈沖電流能夠達(dá)到最大制冷溫度。

        參考文獻(xiàn):

        [1]姬鵬先,時(shí)陽(yáng),羅曉玉.熱電制冷器特性分析[J].制冷與空調(diào),2005(01):82-85.

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