基于热电制冷的翅片热管式散热器传热特性研究

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随着全球气候变暖和环境污染问题加重,世界各国都在制定相关政策推进可持续发展战略。热电制冷技术是一种将电能直接转化成热的无污染制冷技术,其零污染、零噪音等优点使得热电制冷技术应用越来越广泛,研究热电制冷技术并提升其制冷能力对于推进可持续发展战略具有重要意义。本文基于热电制冷的翅片热管式散热器传热特性展开研究。通过数学理论计算对热电制冷工况进行分析,研究热电制冷器热端散热对制冷能力提升的重要性,分析热端散热方式对传热影响。本文主要工作内容如下:首先,本文研究方式是通过Icepak数值模拟的研究方法,介绍该软件在电子热控技术领域的专业性。介绍了翅片热管式散热器工作环境及其主要参数,对简化后模型进行网格划分并进行网格无关性验证。接着,通过数学理论叙述湍流模型、模型控制方程和传热计算方程的基本计算方法。提出两种不同结构翅片热管式散热器,对三种散热器传热特性进行研究,结果表明:2型非等长翅片热管式散热器综合性能表现最优。采用Icepak软件对热电制冷器热端的2型非等长翅片热管式散热器进行仿真研究,采用单因素分析方法,探索非等长翅片最大长度差p、翅片间距s、翅片厚度t对芯片U8温度、散热器热阻、散热器重量这三个目标的影响。通过两组试验对比研究,结果表明:翅片间距较小时,使用较大p值可促进散热,而翅片间距较大时,使用较大p值而损失更大散热面积反而不利于散热;对于较小间距翅片,翅片厚度变化对散热影响较小,对于较大间距翅片,翅片厚度过大则不利于散热。最后,通过Pareto最优解原理对多目标问题进行优化,阐述响应面模型在解决多目标问题的优势,并详细叙述响应面模型待定系数?_?求解过程。采用专业多目标优化软件Isight结合自适应记忆遗传算法对多目标问题进行求解。优化后最优参数为:翅片厚度t=0.2mm,翅片间距s=3.6mm,非等长翅片最大长度差p=10 mm。对比分析优化前后参数对优化目标影响,结果显示:优化后散热器质量减小30.82%,散热器热阻减小15.19%,U8芯片温度降低3.93%。通过数值模拟结果对其温度场和速度场分析,优化后非等长翅片热管式散热器综合性能有明显提升。
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