热电制冷热传导模型及其在非均匀热流中的应用

doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2015.04.021

华南理工大学学报（自然科学版） ›› 2015, Vol. 43 ›› Issue (4): 143-148.doi: 10.3969/j.issn.1000-565X.2015.04.021

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热电制冷热传导模型及其在非均匀热流中的应用

朱仁江¹ 潘英俊^1† 蒋茂华^2,3 范嗣强^2,3 张鹏^2,3

1．重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室，重庆 400044; 2．重庆师范大学物理与电子工程学院，重庆 401331;3．重庆市高校光电材料与工程重点实验室，重庆 401331

收稿日期:2014-05-23 修回日期:2014-08-24 出版日期:2015-04-25 发布日期:2015-03-03
通信作者: 潘英俊(1948-)，男，教授，博士生导师，主要从事光电测控与传感技术、惯性导航技术与系统等研究． E-mail:pyj@cqu.edu.cn
作者简介:朱仁江(1975-)，男，博士生，重庆师范大学副教授，主要从事半导体激光器及其封装技术研究． E-mail: hhzrj@163． com
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(61008059);重庆市教委科技项目(kj110618)

Heat Conduction Model of Thermoelectric Cooler and its Application to Nonuniform Heat Flux

Zhu Ren-jiang¹ Pan Ying-jun¹ Jiang Mao-hua^2,3 Fan Si-qiang^2,3 Zhang Peng^2,3

1． Key Laboratory of Opto-Electronic Technology and System of the Ministry of Education，Chongqing University，Chongqing 400044，China; 2． College of Physics and Electronic Engineering，Chongqing Normal University，Chongqing 401331，China;
3． Chongqing High Education Key Laboratory of Optoelectronic Materials and Engineering，Chongqing 401331，China

Received:2014-05-23 Revised:2014-08-24 Online:2015-04-25 Published:2015-03-03
Contact: 潘英俊(1948-)，男，教授，博士生导师，主要从事光电测控与传感技术、惯性导航技术与系统等研究． E-mail:pyj@cqu.edu.cn
About author:朱仁江(1975-)，男，博士生，重庆师范大学副教授，主要从事半导体激光器及其封装技术研究． E-mail: hhzrj@163． com
Supported by:
Supported by the National Natural Science Foundation of China(61008059)

摘要/Abstract

摘要： 基于半导体制冷器的结构和热电耦合特性，通过分离帕尔帖效应和焦耳效应的响应区域简化了内热源表达式，并利用椭圆偏微分方程建立了热电制冷器的新型热传导模型．该模型仅需制造商提供的标准参数，不依赖于热电偶的物理和几何参数，因而在输入电流和边界条件确定后可实现半导体制冷器在非均匀热流下温度场的数值分析．文中通过拟合制造商提供的产品测试数据验证了模型的通用性，利用该模型得到了含热电制冷器的小尺寸半导体功率器件散热系统的三维和切面温度场分布图，并对该散热系统进行了共性分析．

关键词: 热电制冷器, 热传导模型, 非均匀热流, 数值分析

Abstract: Based on the structure and coupling characteristics of semiconductor thermoelectric cooler，the expression of inner heat source is simplified through separating the responding area of Peltier effect and Joule effect，and a new heat conduction model of thermoelectric cooler is established with the help of elliptic partial differential equation．This model is independent of the physical and geometrical parameters of the thermoelectric couple，and it only needs the standard parameters provided by the producer，so that the numerical analysis of temperature field of nonuniform heat flow can be realized at given current and boundary conditions． Then，the universality of the proposed model is verified by fitting manufacturer’s data． Moreover，with the help of this model，the three-dimension and sectional temperature field distributions in the heat dissipation system of small-size semiconductor power devices with thermoe-lectric cooler are obtained，and the common characteristics of such heat dissipation system is revealed．

Key words: thermoelectric cooler, heat conduction model, nonuniform heat flux, numerical analysis

中图分类号:

TN248.4

朱仁江潘英俊蒋茂华范嗣强张鹏. 热电制冷热传导模型及其在非均匀热流中的应用[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2015, 43(4): 143-148.

Zhu Ren-jiang Pan Ying-jun Jiang Mao-hua Fan Si-qiang Zhang Peng. Heat Conduction Model of Thermoelectric Cooler and its Application to Nonuniform Heat Flux[J]. Journal of South China University of Technology (Natural Science Edition), 2015, 43(4): 143-148.

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Heat Conduction Model of Thermoelectric Cooler and its Application to Nonuniform Heat Flux

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