王成刚 韩 崇 郭佳欢

（武汉工程大学 机电工程学院）

0 引言

随着科技技术不断发展，人类对生态环境的要求也逐渐提高，无污染的制冷方式越来越受到重视，半导体制冷方式具有无需使用压缩机、制冷剂，制冷响应快，结构简单和无噪音等优点，被广泛应用于电子冷却。军事装备、医疗卫生、智能生活、航空航天及科研等领域[1-3]。制冷速率和温度均匀程度是评价制冷箱性能的重要指标，大量学者对散热器结构及热端散热方式对半导体制冷模块的最佳制冷效果的影响进行了研究。本文以整个箱体为研究对象，通过ANSYS软件，针对某半导体制冷箱基于有限元体积法对箱体进行了仿真分析，对比制冷箱不同工况的温度分布情况，研究了冷端对流方式及制冷片分布位置对于制冷空间制冷效果的影响。

1 半导体制冷器工作原理

半导体材料具有一种重要特性，当在其中掺入一定量的杂质后，能够极大地改善半导体材料的导电能力[5-7]。且掺入不同的杂质能够使半导体材料呈现不同的特性。根据掺入杂质后半导体材料载流子是放出自由电子还是形成“空穴”，能够把半导体材料分为N 型半导体和 P 型半导体。一个由 P 型半导体材料形成的电偶臂与一个由 N 型半导体材料形成的电偶臂通过金属电桥连接在一起，就构成了一个热电偶——即半导体制冷器的基本结构单元。当有直流电通过热电偶内部时，在外加电场的作用下， N 型半导体中的自由电子和 P 型半导体中的空穴会按照一定的方向开始运动，而载流子在金属内的势能低于半导体，当空穴沿电流方向从金属电桥进入P 型半导体时，热电偶冷端需要吸收热量；……