基于ANSYS Workbench软件的半导体制冷器性能模拟研究

武卫东,　申　瑞,　姜同玲,　于子淼

(上海理工大学 能源与动力工程学院,上海　200093)



基于ANSYS Workbench软件的半导体制冷器性能模拟研究

武卫东,申瑞,姜同玲,于子淼

(上海理工大学 能源与动力工程学院,上海200093)

摘要：利用ANSYS Workbench数值模拟软件研究了输入电压、热端温度、半导体单元属性、半导体电偶臂及级间绝缘材料属性等因素对二级半导体制冷器冷端温度、冷端冷量及制冷系数等性能的影响.研究表明:在一定范围内,保持半导体制冷器热端温度不变,冷端温度随着输入电压的增大而递减;保持输入电压不变,冷端温度随着热端温度的升高而递增;保持输入电压和热端温度不变,冷端冷量随着冷端温度的升高而递增;在冷端温度、热端温度一定时,制冷系数ε随着输入电压的增大而迅速减小;半导体单元高度的增加和单元间距的减小都可以使冷端达到更低温度;随着半导体电偶臂及级间绝缘材料属性即热导率、高度的增加,冷端温度均呈递增趋势.模拟结果与实验数据对比显示,两者具有较好的吻合性.

关键词：ANSYS Workbench软件; 半导体制冷器; 性能; 数值模拟; 实验验证

半导体制冷也称为温差电制冷或者热电制冷,是建立在珀尔帖效应基础上的制冷技术[1].同常规的压缩式制冷方式相比,它具有噪声低、寿命长、易于微型化及反应敏捷等优势[2].

对不同型式的半导体制冷器的相关性能进行优化实验往往需要较大的人力和物力,尤其对于结构和工艺相对复杂的……