新型散熱器
分類：
公司新聞
發(fā)布時間：
2022-02-25
我們自行設(shè)計的微光像增強(qiáng)器系統(tǒng)正中間是通光的，而半導(dǎo)體制冷片也是環(huán)形的，因此考慮散熱片設(shè)計為如所示的梭型：散熱片結(jié)構(gòu)示意圖為加工方便，所有的曲線均是規(guī)則的圓弧，中間的孔為通光的路徑，兩邊放置散熱風(fēng)扇。除了焦耳熱，由于半導(dǎo)體材料兩端存在溫差，從熱電對的熱端還會傳遞一部分熱量至冷端：Qk=k(Th-Tc)式中k為熱電元件的總導(dǎo)熱系數(shù)。因此，電偶對的制冷量應(yīng)為帕爾貼效應(yīng)吸收的熱量減去一半的焦耳熱，再減去冷熱端之間的傳導(dǎo)熱，即：由上式，假設(shè)相對焦耳熱冷端吸熱量較少，為做近似，將其忽略，則溫差可由式表示：同理，電偶對的熱端發(fā)熱量為：所以熱端發(fā)熱量與冷端吸熱量之間正好相差焦耳熱I2R.當(dāng)冷端吸熱較小或制冷片工作電壓較大時，可近似認(rèn)為：Q=I2R(另外，加在半導(dǎo)體制冷片兩端的電壓不消耗在制冷片電阻的降壓上，其中有一小部分用于抵消溫差電動勢，由下式表示：仿真模型本文中采用COMSOL作為仿真工具，首先，建立模型。我們加上散熱片外端的圓柱型腔體殼，其兩側(cè)各有一個30×30mm的方形孔，用于放置散熱風(fēng)扇，外層是一個邊長為40cm的正方體空間，其間充滿了標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的空氣。由于引入了散熱風(fēng)扇，在x方向上引入了速度的空氣流動以接近實(shí)際效果。
散熱結(jié)構(gòu)的設(shè)計半導(dǎo)體制冷片冷端對像增強(qiáng)器陰極制冷，同時熱端會放出大量的熱。如果熱量無法順利散出，會導(dǎo)致半導(dǎo)體制冷片兩端的溫度同時上升，從而降低降噪的能力。在本文中，將采用散熱片加風(fēng)冷的方式對半導(dǎo)體制冷片的熱端進(jìn)行散熱。
隨著半導(dǎo)體制冷片工作電壓的增加而增加，但是增加的速度逐漸減小;另外，可以看出，當(dāng)電流I增加的時候，熱端散熱量Q是成2次方增長趨勢的。結(jié)合以上兩點(diǎn)，在制冷片工作電壓較小時，熱端溫度上升得較慢，而溫差變化卻顯得很快，所以冷端的溫度也呈下降趨勢;當(dāng)制冷片工作電壓較大的時候，焦耳熱變得很明顯，熱端溫度上升得也越來越快，溫差也因?yàn)殡娏鞯淖兇蠖饾u減小增加的速度，甚至有可能開始減小，這個時候，冷端的溫度又逐漸又開始回升。
對于一塊特定的散熱片，存在一個大的散熱功率，當(dāng)超過這一功率的時候，熱量便越積越多，溫度也持續(xù)上升。當(dāng)半導(dǎo)體制冷片兩端電壓加至7V的時候，此時溫度回升的速度明顯超過了兩端電壓取5V和6V時候的溫度回升速度。當(dāng)加熱至30min的時候，此時的溫度已經(jīng)基本和同期半導(dǎo)體制冷片電壓為6V時的冷端溫度持平。此后也是持緩慢增長趨勢。而當(dāng)電壓取8V時，溫度升高的速度更加明顯。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析。在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中，對半導(dǎo)體制冷片施加不同的電壓，采用每隔一分鐘測量一個數(shù)據(jù)點(diǎn)，測量30分鐘的方法測量光陰極(半導(dǎo)體制冷片冷端)溫度的變化情況，制冷片冷端溫度與電壓的關(guān)系給半導(dǎo)體制冷片加上某一電壓時，其冷端溫度會迅速下降，繼而慢慢回升;另外，能達(dá)到的低溫度也是逐漸下降的。但是散熱片散熱是一個過程，所以在半導(dǎo)體制冷片工作時，其熱端必然存在熱量的積聚，使得冷端溫度達(dá)到一個低點(diǎn)后會有程度的反彈，隨著散熱片和周圍溫度達(dá)到一個熱交換平衡時，冷端的溫度才會趨于穩(wěn)定。對于半導(dǎo)體制冷片兩端電壓為5V和6V的時候，是這種情況，當(dāng)散熱時間超過20min，冷端的溫度變化很小或者說已經(jīng)基本不變了。
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