运用泡沫金属的新型半导体制冷系统研究摘要：新型半导体制冷系统主要在于将泡沫金属散热器分别结合在半导体制冷片与冷热面。首先进行ANSYS数值模拟，之后搭建交叉风道实验台测定系制冷效果及影响因素，最后得岀系统在制冷片低电功率下有高的制冷功率。关键词：制冷半导体；泡沫金属；交叉风道；制冷系统中图分类号：TB文献标识码：A文章编号:16723198(2013)210197020引言随着电子集成技术的快速发展，电子器件也朝右小型化、轻量化、智能化方向迈进。然而，集成电子器件的小型化在增加功率密度的同时其散热量也越来越大，传统的冷却技术口很难满足其冷却要求，所以研究高热流密度的电子元件散热尤为重要。本文提出一种风冷散热方法，即在半导体制冷技术的基础上，结合泡沫金属散热器，设计制冷系统并通过实验模型对其制冷效果进行测试。1理论基础与实验装置半导体制冷片是一个热传递工具。当一块N型半导体材料和一块P型半导体材料联结成的热电偶对中有电流通过时,两端之间就会产生热量转移，从而产生温差形成冷热端。但是半导体自身存在电阻，当电流经过时会产牛热量，影响热传递。两个极板之间的热量也会通过空气和半导体材料自身进行逆向热传递。当冷热端达到一定温差，两种热传递的量相等时,正逆向热传递相互抵消，此时冷热端的温度就不会继续发生变化。因此为了达到更低的温度，可采取散热等方式降低热端温度。泡沫金属是孔隙度达到90%以上，具有一定强度和刚度的多孔金属材料。这类金属材料透气性高，孔隙表面积大，材料容重小。当气流穿过时拥有较人接触面积，利于换热。制冷由半导体制冷片实现，考虑到半导体制冷片冷血与散热对象不能直接接触，口冷面的冷量向空气的自然对流传热效果不显著，故将其贴于泡沫金属表面，增加换热面积，达到强化冷量交换效果。制冷半导体和泡沫金属之间由硅脂粘结，减小接触热阻。部分气流带走冷量，形成冷风并对日标散热，热面也同样由气流带走热量排入环境。实验用交叉连接双风道，其中一个用于导岀冷风，一个用于导出热风。在冷热风道入口各对接风机以提供气流，并在加工风道时留下必要的测量空、安装孔等。制冷半导体通电时产生温差，经过冷面的空气流被冷却成为冷风，经过热面的空气流对其降温并由热风道排出。热面温度越低，冷面温度则越低，冷却效果越好。冷风道出口处布有4个对称温度测点（实验中记为T5,T6,T7,T8,单位°C）,4个风温计对称布置测出口风温，而进口风温由环境温度确定。安置风速仪进行出口处风速测量。另外与半导体冷面接触的泡沫金属表面布置中心对称的4个测点，将4个热电偶点焊在铜板上，用于测量泡沫金属底面所焊铜板温度，通过吉士利数据采集系统进行采集，采集100次，并分别取平均(实验中记为Tl,T2,T3,T4,单位°C),用丁计算制冷的相对换热系数。此模型的冷风道温度场数值模拟结果：环境温度为298K(25°C),其中在400mm*100mni*40nini的模拟冷风道内，半导体制冷片工作在12V,6A的额定条件下，泡沫金属材料为铜，尺寸为100mm*100mm*40mm,且为5个ppi。从结果中可以肯定制冷的理论效果。2实验过程2.1实验器材有机玻璃交叉风道1个，全铜芯80W调速离心风机2个，制冷半导体(额定工作条件12V,6A)50mm*50mm个，电子风速仪2个，电子风温计4支，玻璃温度计1支，铜质泡沫金属若干，PC机，铜康铜热电偶，冰瓶，吉士利2700数据采集系统，数据釆集卡，线性稳压电源等。2.3实验步骤按设计搭建试验台，读取室温Ts(°C),为26.5°Co风机由220V电源带动，制冷半导体由线性稳压电源供电，风速仪分别位于冷、热风道出风口处,测得风速VI(m/s),V2(m/s)0保持热风道风机风速V2不变,调节制冷半导体的工作电压U或电流I,调节冷风道风机风速VI,依次读取T1〜T8；再改变V2,调节制冷半导体的工作电压或电流，调节冷风道风机风速VI,依次读取T1-T8；如上重复，其中V2分别为0.5m/s,1.Om/s,2.Om/s,3.Om/s,4.Om/s,VI分别(U,I)分别为(1.4V,l.OA),(3.IV,2.0A),(46V,3.OA),(6.3V,4.OA),(8.2V,5.OA)..冷风道出口平均温度Tb二(T5+T6+T7+T8)/4,半导体冷面接触的泡沫金属底面铜板平均温度Ta=(T1+T2+T3+T4)/4；山公式h*ATa*S二Q二Cp*(m/t)*ATb，计算制冷功率Q及相对...