Rechèch sou nouvo sistèm efrijerasyon semi-kondiktè lè l sèvi avèk kim metal

Avèk devlopman rapid nan teknoloji entegrasyon elektwonik, aparèy elektwonik yo tou ap deplase nan direksyon pou miniaturizasyon, pwa limyè ak entèlijans. Sepandan, miniaturizasyon nan aparèy elektwonik entegre ogmante dansite pouvwa a pandan y ap dissipation chalè a ap ogmante tou. Teknoloji refwadisman tradisyonèl yo te difisil pou satisfè kondisyon refwadisman yo. Se poutèt sa, li patikilyèman enpòtan yo etidye dissipation nan chalè nan eleman elektwonik ak dansite chalè segondè. Nan papye sa a, yo pwopoze yon metòd dissipation chalè ki refwadi lè -, se sa ki, sou baz teknoloji refrijerasyon semi-conducteurs, konbine avèk yon radyatè metal kim, yo fèt yon sistèm refrijerasyon ak efè refrijerasyon li teste atravè yon eksperimantal. modèl.

1. Baz teyorik ak aparèy eksperimantal

Pi fre semi-conducteur a se yon zouti transfè chalè. Lè yon kouran pase nan yon pè tèrmokapteur ki fòme pa yon moso materyèl semiconductor kalite N-ak yon moso materyèl semiconductor tip P-, transfè chalè fèt ant de bout yo, sa ki lakòz yon diferans tanperati a. fòme pwent yo cho ak frèt. Sepandan, semi-conducteurs nan tèt li gen rezistans, ki jenere chalè lè aktyèl la pase nan li, ki afekte transfè chalè a. Chalè ki genyen ant de plak yo tou sibi transfè chalè ranvèse nan lè a ak materyèl semi-conducteurs tèt li. Lè pwent yo cho ak frèt rive nan yon sèten diferans tanperati ak de kantite transfè chalè yo egal, transfè chalè pou pi devan ak ranvèse anile youn ak lòt, ak tanperati a nan pwent frèt ak cho pa pral kontinye chanje. Se poutèt sa, yo nan lòd yo reyalize yon tanperati ki pi ba, metòd tankou dissipation chalè ka itilize diminye tanperati a nan fen a cho.

Kim metal se yon materyèl metal ki mouye ak yon porosite ki gen plis pase 90 pousan ak yon sèten fòs ak rèd. Sa a kalite materyèl metal gen gwo pèmeyabilite lè, gwo zòn sifas pò, ak ti dansite esansyèl materyèl. Lè koule lè a pase nan, li gen yon zòn kontak gwo, ki se fezab nan echanj chalè.

Se frijidè reyalize pa fèy frijidè semi-conducteurs. Lè ou konsidere ke sifas frèt la nan fèy frijidè semi-conducteur a pa ka an kontak dirèk ak objè a chalè dissipation, ak efè a transfè chalè konveksyon natirèl nan sifas la frèt nan sifas la frèt nan lè a se pa enpòtan, li se tache ak metal la kim. sifas pou ogmante echanj chalè. zòn nan, reyalize efè a nan ranfòse echanj la nan enèji frèt. Semi-kondiktè refwadisman an ak metal la kim yo estokaj pa grès silikone diminye rezistans nan kontak tèmik. Yon pati nan koule lè a retire enèji refwadisman an, fòme lè frèt ak gaye chalè nan sib la, epi sifas cho a tou wete pa airflow la ak egzeyate nan anviwònman an.

Eksperyans lan sèvi ak kwa-konekte konduit lè doub, youn nan yo itilize pou ekspòte lè frèt ak lòt la yo itilize pou ekspòte lè cho. Konekte fanatik yo nan papòt kanal lè frèt ak cho pou bay koule lè, epi kite twou mezi ki nesesè yo ak twou enstalasyon lè w ap trete kanal lè yo.

Lè semi-kondiktè refrijerasyon an kouran, se yon diferans tanperati ki pwodui, koule lè a nan sifas frèt la refwadi pou vin lè frèt, epi koule lè a nan sifas cho a refwadi li epi li egzeyate nan kanal lè cho a. Pi ba tanperati a nan bò cho a ak pi ba tanperati a nan bò frèt la, pi bon efè a refwadisman. Gen 4 pwen simetrik mezire tanperati (ki endike kòm T5, T6, T7, T8 nan eksperyans la, degre inite) nan priz la nan kanal lè frèt la, ak 4 anemomèt yo ranje simetrik pou mezire tanperati lè a priz, pandan y ap lè a inlet. tanperati a detèmine pa tanperati anbyen. Enstale yon anemomèt pou mezire vitès van an nan sòti a. Anplis de sa, sifas la nan metal la bave an kontak ak sifas la frèt semi-conducteurs ranje ak 4 pwen mezire simetrik nan sant la, ak 4 tèrmokapteur yo tach soude sou plak la kwiv pou mezire tanperati a nan plak la kwiv soude sou sifas la anba. nan metal la kim, ki kolekte pa sistèm akizisyon done Keishley. , kolekte 100 fwa, ak mwayèn respektivman (anrejistre kòm T1, T2, T3, T4 nan eksperyans la, degre inite ), yo itilize pou kalkile koyefisyan transfè chalè relatif refrijerasyon an.

Rezilta simulation nimerik nan jaden tanperati kanal lè frèt nan modèl sa a: tanperati anbyen an se 298K (25 degre), ak nan konduit lè frèt simulation 400mm * 100mm * 40mm, chip refrijerasyon semi-conducteur a travay anba kondisyon yo rated nan 12V. ak 6A, ak materyèl la metal kim se kwiv. , gwosè a se 100mm * 100mm * 40mm, epi li se 5 ppi. Efè teyorik refrijerasyon an ka konfime nan rezilta yo.

2. Pwosesis eksperimantal la

2.1 Ekipman eksperimantal

1 plexiglass kwa kanal lè, 2 tout -nwayo kòb kwiv mete 80W vitès-reglemante fanatik santrifujeur, frijidè semi-conducteurs (kondisyon travay rated 12V, 6A) 50mm * 50mm, 2 anemomèt elektwonik, 4 anemomèt elektwonik, 1 vè Sipò tèmomèt, plizyè metal kim kòb kwiv mete, PC, tèrmokapteur constantan kwiv, boutèy glas, Keishiley 2700 done akizisyon sistèm, done akizisyon kat, lineyè estabilize ekipman pou pouvwa, elatriye.

2.3 Etap eksperimantal

Bati yon ban tès selon konsepsyon an, epi li tanperati chanm Ts ( degre ), ki se 26.5 degre.

Se fanatik la kondwi pa yon ekipman pou pouvwa 220V, ak semi-kondiktè a refwadisman patrone pa yon vòltaj lineyè estabilize ekipman pou pouvwa.

Kenbe vitès van an V2 nan fanatik la kanal lè cho san chanje, ajiste vòltaj travay la U oswa aktyèl I nan semi-conducteur a refrijerasyon, ajiste vitès van an V1 nan fanatik la kanal lè frèt, epi li T1 ~ T8 nan vire; Lè sa a, chanje V2, ajiste vòltaj la k ap travay oswa aktyèl nan semi-conducteur a frijidè, ak ajiste kanal la lè frèt. Vitès van fanatik V1, li T1 ~ T8 an sekans; repete jan sa pi wo a, kote V2 se 0.5m/s, 1.0m/s, 2.0m/s, 3.0m/s, 4.0m/s, V1 se {{20}}.5m/s respektivman, 1.{0m/s, 1.5m/s, 2.{{31 }}m/s, 2.5m/s, 3.0m/s, 3.5m/s, 4.0m/s, (U, I) se respektivman (1.4V, 1 .0A), (3.1V, 2.0A), (46V, 3.{{5{0}}A), (6.3V, 4.0A), ( 8.2V, 5.0A)..

Tanperati an mwayèn nan priz la nan kanal la lè frèt Tb=(T5 plis T6 plis T7 plis T8)/4, tanperati an mwayèn nan metal la bave plak kwiv anba an kontak ak sifas la frèt semi-conducteurs Ta {{6 }}(T1 plis T2 plis T3 plis T4)/4; pa fòmil h*ΔTa* S=Q{=Cp*(m/t)*ΔTb, kalkile pouvwa refwadisman Q a ak koyefisyan transfè chalè relatif h, kote bò gòch ekwasyon an se pouvwa a transfè chalè sifas frèt, ak bò dwat la se pouvwa a refwadisman kalkile pa refwadisman lè. S - zòn anba sifas kim metal la, ΔTa=Ts-Ta, h se koyefisyan transfè chalè aktyèl la ak S kòm zòn transfè chalè a, Cp se chalè espesifik lè a. tanperati chanm, pran 1.004KJ/

Soti nan Figi 2 rive nan Figi 4, kòm vitès van an nan kanal la lè frèt pi ba, tanperati lè a priz pi ba, ak efè a refwadisman se pi bon. Pi wo pouvwa a nan fèy la refwadisman, pi ba tanperati lè a nan priz la nan kanal la lè frèt, men lè pouvwa a rive nan maksimòm nan eksperyans la, tanperati lè a nan priz la nan kanal la lè frèt ap ogmante ankò, paske kondisyon yo dissipation chalè nan sifas la cho yo limite, tanperati a leve, ak tanperati a nan sifas la frèt se korespondan. ranmase.

Depi eksperyans lan afekte pa enstriman ak anviwònman, byenke koub la fluktue nan yon sèten limit, konklizyon an jeneral se ke ak ogmantasyon nan vitès van an V2 nan kanal la lè cho, tanperati lè a Tb nan priz la nan kanal la lè frèt. diminye, ak efè refwadisman an bon.

Atravè kalkil done eksperimantal yo, yo ka jwenn koyefisyan aktyèl transfè chalè h nan sifas frèt la ak S kòm zòn echanj chalè, pouvwa refwadisman Q a, ak pouvwa refwadisman semi-conducteurs W la. Analiz done a montre ke lè sèlman chanje vitès van an ak koule nan priz la nan kanal la lè frèt, sa vle di, q ogmante, tanperati lè a priz ogmante ak pouvwa a refwadisman Q ogmante; lè se sèlman refwadisman semi-conducteurs pouvwa a chanje, se sa ki, W ogmante, tanperati lè a priz diminye, ak pouvwa a refwadisman diminye. Q pouvwa a ogmante; lè sèlman vitès van an nan kanal la lè cho chanje, se sa ki, V2 a ogmante, tanperati lè a priz diminye ak pouvwa a refwadisman Q ogmante. Koyefisyan aktyèl transfè chalè h nan sifas frèt la ak S kòm zòn echanj chalè, h ogmante ak ogmantasyon V1, epi ogmante ak ogmantasyon V2; men lè refwadisman semiconductor pouvwa W a ogmante, h piti piti diminye.

Nan eksperyans la, pi gwo valè refwadisman Q a mezire nan eta V2=3m/s, U=6.3V, I=4A, V1=4 m/s, ki pwouve ke pouvwa a refwadisman bezwen konplè konsidere si kondisyon yo dissipation chalè satisfè pouvwa a korespondan ak bon jan kalite koule lè. Gwosè koule, vitès van refwadisman ak lòt faktè.

3. Konklizyon

Nan papye sa a, yo fèt yon pwototip eksperimantal lè l sèvi avèk yon sistèm refrijerasyon kim metal semi-conducteurs. Dapre rezilta eksperimantal yo ak analiz estatistik done yo, yo tire konklizyon sa yo:

(1) Anba menm kondisyon yo, pi ba vitès van lè frèt la, se pi ba tanperati lè priz la; Plis pi wo pouvwa elektrik semi-kondiktè refrijerasyon an, se pi ba tanperati lè a; vitès van an cho kondit ogmante, ak tanperati lè frèt kondit priz lè a diminye.

(2) Anba menm kondisyon yo, vitès van priz la nan kanal lè frèt la ogmante, tanperati lè priz la ogmante, ak pouvwa refwadisman Q a ogmante; pouvwa a frèt semi-conducteurs W ogmante, tanperati lè a priz diminye, ak pouvwa a refwadisman ogmante; vitès van an cho kondit ogmante, tanperati lè priz la diminye, pouvwa refwadisman an ogmante.

(3) Koefisyan aktyèl transfè chalè h nan sifas frèt la ak S kòm zòn echanj chalè a ogmante ak ogmantasyon V1, epi ogmante ak ogmantasyon V2; pouvwa a nan semi-conducteur a frijidè ogmante, ak h piti piti diminye.

(4) Pou pi ba pouvwa refwadisman, chwazi pi ba vitès lè frèt, pi wo vitès lè cho ak pouvwa elektrik; pou pi wo pouvwa refwadisman, chwazi pi wo vitès lè frèt ak vitès lè cho, ak pi wo pouvwa elektrik.