基于自然对流热管散热器的半导体制冷箱传热特性分析与研究

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1、工程硕士学位论文基于自然对流热管散热器的半导体制冷箱传热特性分析与研究作者姓名赵阳工程领域机械工程校内指导教师简弃非教授校外指导教师高俊岭高级工程师所在学院机械与汽车工程学院论文提交日期2015年1月StudyoftheheattransfercharacteristicsofsemiconductorcoolingboxbasedonthenaturalconvectionheatpiperadiatorADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate

2、：ZhaoYangSupervisor：Prof.JianQifeiSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TB657.5学校代号：10561学号：201221002617华南理工大学硕士学位论文基于自然对流热管散热器的半导体制冷箱传热特性分析与研究作者姓名：赵阳指导教师姓名、职称：简弃非教授申请学位级别：工程硕士工程领域名称：机械工程论文形式：□产品研发□工程设计□应用研究□工程/项目管理□调研报告研究方向：数字化设计与制造论文提交日期：201

3、5年01月10日论文答辩日期：2015年03月10日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：丁力行委员：简弃非、巫江虹、张勇、王红民华南理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：曰期：年d月7曰学位论文版权使用授权书本

4、学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，艮P:研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华南理工大学。学校有权保存并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅（除在保密期内的保密论文外）；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。本学位论文属于：□保密，在____年解密后适用本授权书。保密，同意在校园网上发布，供校内师生和与学校有共享协议的单位浏览；同意将本人学位论文提交中国

5、学术期刊(光盘版）电子杂志社全文出版和编入CNKI《中国知识资源总库》，传播学位论文的全部或部分内容。(请在以上相应方框内打“V”）日期：7咐、卟Q日期••讀，厂/Z.作者联系电话：电子邮箱：联系地址(含邮编):摘要半导体制冷作为一种环保高效的新型制冷技术，具备无污染、零噪音、结构紧凑、寿命长等特点，已在工业和民用领域得到了广泛应用。如何有效增强半导体冷热端的传热，降低其冷热端的温差，提高半导体的制冷效率，成为了半导体制冷应用研究的热点之一。而自然对流热管散热器是热管与散热翅片的有机组合，既具备热管的高导热

6、性，又保留了翅片散热面积大的特点，同时其采用自然对流散热方式，无需额外辅助能源，因而非常适合于半导体制冷片热端的强化散热。本文采用自然对流热管散热器对半导体制冷箱热端进行散热，通过实验对半导体制冷箱的冷热端传热性能进行研究，并利用Fluent对散热器的结构参数进行仿真优化。本文首先对三种不同型号半导体片的制冷特性曲线进行实验分析，获取低功率下制冷性能最佳的半导体片。在此基础上，对热端采用自然对流热管散热器的半导体制冷箱传热特性进行实验性研究，分析不同结构散热器、输入功率、散热器安装位置、以及冷端吹风风向这四

7、个参数对半导体制冷箱传热性能的影响。随后依据自然对流散热的特点，建立热管散热器的简化物理模型，并采用Fluent软件对该模型进行数值模拟，将模拟结果与相应地实验结果进行误差分析，验证模型正确性。最后，从翅片间距、翅片开孔率、热管布置位置、运行环境温度四个方面，对自然对流热管散热器进行仿真优化，进一步提升散热器的传热性能。通过对实验和模拟结果进行分析总结，可得以下结论：输入功率在50W以内时，TEC12706半导体片的制冷性能最佳；采用上下单层散热翅片、50W的输入功率、水平安装、冷端送风吹空间时，半导体制冷

8、箱的制冷能力最强，箱内温度可达2.1℃；对于热管散热器，当翅片间距为5mm、翅片开孔率2~3.5%、热管叉排布置时，散热器的传热性能是最强的。此外，随着运行环境温度的降低，热管散热器的散热效果也越来越好。关键词：半导体制冷；自然对流；热管散热器；传热特性；实验研究AbstractAsanewtypeenvironmentalandefficientcoolingtechnology,semiconductorre