半导体制冷器在弱散热条件下的制冷性能分析

利用ANSYS Workbench中的热电耦合模块对3款型号半导体制冷器进行建模与数值模拟,并将模拟结果与文献进行对比。基于此模型分析了在热端散热条件受到限制的情况下3款型号半导体制冷器制冷性能的变化规律。研究表明:热端散热条件对功率越大的器件影响越显著,在冷端温度为10℃时大功率器件的散热量较小功率器件高出13. 8%,热端温度高出7. 7℃,其制冷量与制冷系数仅为后者的25. 7%和19. 7%。将输入电压由12 V减小为9 V后,在相同的散热条件下大功率器件的制冷量增加了2. 1 W,增幅达211%,制冷系数增幅达142%。但其性能依然不及其余两款小功率器件。因此,在热端散热条件受到限制时,适当减小器件的输入功率反而可以得到更好的制冷性能,且小功率器件更适合在该场合下使用。在器件的冷端温度高于室温时,大功率器件的热端温度容易过高,影响器件使用寿命甚至烧毁器件。将输入电压由12 V减小为9 V后,大功率器件的制冷量较小功率器件高6. 9%。因此,在适当减小输入功率后,大功率器件会更适合冷端温度高于室温的制冷工况。