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happynessxsp

木虫 (著名写手)

[交流] 热电制冷(TEC)热设计交流已有26人参与

今天虫友Aileencen私信我说期待我的TEC热设计的交流贴,离上次的承诺分享以及过去好久了,期间也有虫友私信我关于TEC的应用问题,现在简单的发一下应用类的知识供大家讨论。

之前说过开贴介绍一下热电制冷,一直忙,现在才开贴,抱歉,让各位久等了!在说热电制冷就得先说一下热设计。
下面两个帖子是我在知乎里回答别人的问题。

作者:赵帅教
链接:https://www.zhihu.com/question/41279080/answer/90548793
来源:知乎
著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权,非商业转载请注明出处。
动力工程及工程热物理专业路过,制冷与低温方向,热设计工程师。
手机散热,也就是热设计,以前电子器件功率小,热设计都是结构工程师顺带做了,不会出什么散热问题,随着电子器件功率的增加,热设计变得越来越重要。
热设计和暖通确实是有很大区别的,热设计隶属于产品结构部,主要针对电子器件,通信设备等产品的散热。工作的内容仿真优化,产品测试等。仿真优化主要用现有的商业软件来做:flotherm,icepack,6sigma ET等软件。flotherm的市场占有率最高,缺陷就是建模时,不能建曲面,如水冷板里的圆形水管不能建。不过有flotherm xt可以~mentor还有floefd软件,此软件基于cero.catia.NT,可以直接在这三个建模软件里进行热分析。icepack是anasys里的一个模块,用的是fluent求解器。6sigma ET属于6sigma DC里的一个模块,里面很多专门的电子器件的模块可以使用,很方便,专门做产品,系统的热分析的。其中6sigma room是专业的数据中心热分析软件,很强大。
    下面介绍一下需求这个热设计的工作岗位,也是大家比较关心的问题。
通信行业:华为的2012实验室,华为海思ic方向的热设计,中兴的结构部,中兴努比亚,TCL通讯上海。展讯,Intel,IBM,上海贝尔,思科,瞻博网络等。除了华为中兴有应届生的招聘,其他的基本上都走社招~
电动汽车的电池热管理:ATL~主要是面相电池,充电桩的热设计~
电子器件:上海联合电子,中国航空无线电子研究所,航空发动机,中科院长春精密仪器~面相电脑散热的联想等企业~
风电企业:金风科技,远景能源~
医疗器械:迈瑞,联影等,基本上是做制冷系统,水冷等~
摄像相机:海康威视,大华,大疆无人机等

关于就业前景,做热设计,基本上就是从建筑,制造业跨到了通讯,电子行业,起薪绝对比直接做暖通高,如,深圳,华为的应届生是10k,中兴9k。海康威视非应届生15k到20k,tcl15k。其他的不多说了,自己悟。

作者:赵帅教
链接:https://www.zhihu.com/question/29982842/answer/90558103
来源:知乎
著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权,非商业转载请注明出处。
flotherm,(flovent ,flotherm pcb)市场占有率最高的一个软件,简单易用计算快,缺点是不支持曲面,圆等几何,所以后来出来个flotherm xt。floefd也是此类软件,是基于cero.catia.NX这三个三维建模软件的,可在软件里直接进行热分析~都是mentor公司的软件

icepack,ansys里的一个模块,也是专业做热分析的,用的fluent求解器,相对flotherm来说,收敛难一点,计算慢一点,但是建模功能比较强大!

6sigmaDC,这个软件是mentor公司的核心研发人员出来做的,里面有专业做电子器件热设计的模块6sigma et !功能跟flotherm类似,但是,模型支持曲面的了,网格也有非机构化的,电子器件的模块比较全。还有就是6sigma room,专门做数据中心散热的~也是功能强大,mentor公司也有相应的产品,flovent!

热电制冷(TEC)热设计交流

热电材料的性能研究主要是你们材料学物理学的人在搞,我们动力工程及工程热物理的在热电制冷的研究方向主要是应用,例如,热电制冷的小冰箱,除湿机,通讯设备的机柜空调,医疗器械中的温控,CDD等摄像设备的温控,半导体的激光器,生物培养皿温控,通讯设备里光电子类为了防止信号漂移做的温度控制等,很多应用场景。大家最熟悉的应用场景应该就是冷暖型的饮水机了,一片制冷片,搞定!应用基本上都是用电能制冷或者加热,温差发电方面确实是没有多少实际应用,去年在深圳的电子类产品的展会上,RMT,大和等企业都来了,产品基本上是制冷的,温差发电的产品确实有,但是效率很低,无法大规模的应用。如有兴趣,请移步thermonamic,纳米可官网,里面有很多有趣的应用。
如,30mm*30mm*3.4的一款温差发电产品的性能:

热电制冷(TEC)热设计交流-1

说了这么多,介绍一下热电制冷比较有名的企业吧,也是对未来大家的就业提供一些参考的方向。美国的企业很多,比较有名的就是marlow,莱尔德;日本的小松(生产微型TEC)、大和热磁、秦皇岛富连京等;俄罗斯的RMT。

下面就从应用的角度说TEC了。

热电制冷(TEC)热设计交流-2

热电电偶对工作原理:

热电制冷(TEC)热设计交流-3

导电板与半导体晶粒是通过焊接在一起的,所以TEC不可以在高于焊料熔点的高温环境下工作,一对对的热电偶矩阵排列在一个正方形陶瓷基板上,并用硅胶或者环氧树脂密封四周,这就是大家平时看到的热电制冷片。

热电制冷(TEC)热设计交流-4

TEC性能曲线介绍:

热电制冷(TEC)热设计交流-5

你可以通过这个图读出在一定温差作用下不同工作电流时TEC的制冷量。

热电制冷(TEC)热设计交流-6

看见没得?TEC的COP是可以超过1的!!!研究材料的应该努力了哈,这个图主要是衡量TEC性能的,COP越大越省电。

热电制冷(TEC)热设计交流-7

在不同冷热端温差下,电流与电压的关系。

热电制冷(TEC)热设计交流-8

TEC热端散热,简单的说就是一个制冷模块的制冷量是50W,COP是0.5,输入的电功率就是100W,热端的散热量就是制冷量与电功率的和150W。

在实用热电制冷片做温控的时候,首先要明确几个问题:
可参考一下原则来提出自己的需求:
a) 需求温度Tc,即要获取的制冷温度;
b) 需要散出的总热量Q ,即制冷量;
c) 需要多少时间达到冷却的温度Tc
d) 在什么环境下使用,使用环境是否是变化的。
e) 热端散热方式(自然对流、强迫对流或者液体冷却)
f) 有多大的空间提供给制冷器和散热器?,通过此项判断热端散热方式。
g) 可以使用什么样的电源供电?对电流是否有限制。TEC可根据需求设计输入电压、电流。
这7条是比较重要的,在此列出。

下面从项目立项,前期可行性仿真的角度介绍一下TEC。这时,你就需要根据以上需求联系TEC的生产厂家,可以让他们的工程师直接提供结构参数以及性能参数,我们前期都会做热力学仿真验证可行性,所以仿真对我们来说很重要,下面以flotherm为例说明一下参数的设置。

热电制冷(TEC)热设计交流-9

热电制冷(TEC)热设计交流-10

此项参数为TEC几何尺寸(长宽高),工作电流,陶瓷基板厚度,基板材料(特殊应用环境下会镀铜,镀金)的设置

热电制冷(TEC)热设计交流-11

热电制冷(TEC)热设计交流-12

性能参数通过Hot side1与Hot side2设置,意思是热端温度为恒温25℃的情况下,TEC可以产生的最大制冷量,最大温差,最大工作电流。最大工作电压;热端温度为恒温50℃的情况下,TEC可以产生的最大制冷量,最大温差,最大工作电流。最大工作电压。(有些厂家会提供27℃和50℃的性能参数,根据条件设置即可)。工作电流可以通过commendcenter优化,选出最佳工作电流。

热电制冷(TEC)热设计交流-13

建模求解后可在Visual Editor里面找到TEC的工作参数,在这里可以得到制冷量,热端散热量(制冷量+电功率的和),TEC的冷热面温差,TEC工作时的最高温度,可以通过这些参数计算TEC的COP。很小,我做过一个医疗器械的温控装置热电模块的COP就0.3。这也是TEC为什么一直推广不开呀,效率太低了,冰箱是热端散热是自然对流COP还2呢,空调的就更高了,早就突破了5。

热电制冷(TEC)热设计交流-14

所以,大家在TEC选型的时候一定要有两个工作参数才能确定性能,有些厂家只提供一组数据。Florherm适合做工程类热电模块的仿真。

下面说一下icepak

热电制冷(TEC)热设计交流-15

热电制冷(TEC)热设计交流-16

设置通样是位置,长宽高,冷面位置,工作电流,热电偶对数,TE高度,TE间距,TE面积与高度比,陶瓷基板的厚度,TE的材料,基板的材料。

热电制冷(TEC)热设计交流-17

介绍icepak的原因是这个可以优化TEC内部TE的参数来优化TEC性能,而且也可以探究不同TE材料的TEC的性能研究。
当然6sigma ET里面也有TEC的模拟,项目在heatsink下面,直接可以做flotherm和icepak的两种参数设置,大家自己探索吧。

热电制冷(TEC)热设计交流-18

我不是很了解材料方面的知识,上次听我在深圳中科院的一个师弟说,他也做的材料,如果做热电材料性能研究,再加上我们热力学的模拟很好发文章,再不济你也可以通过这方面的知识来增加自己毕业论文的内容以及出彩度呀。
再分享几个小的TEC知识:
1.        不同类型的TEC可能有相同的dTmax,但是不同的Qmax,因此在各自应用里达到的最大温差也是不同的。

热电制冷(TEC)热设计交流-19

2.        需要清楚的是Qmax和dTmax都依附与环境温度。通常在TEC规格书里dTmax和Qmax多是指在25/27度或50度时的测试数值。

热电制冷(TEC)热设计交流-20

3.        Bite材料在室温或更高温度时的表现是最好的。低温会降低TEC的表现。高温(大于150度)会影响TEC寿命。TEC在CRYO温度段不工作。

热电制冷(TEC)热设计交流-21

4.        功率的平衡点-最优COP值

热电制冷(TEC)热设计交流-22

5.        温度环境和TEC寿命

热电制冷(TEC)热设计交流-23

TEC的的寿命标准是Telcordia GR-468标准。失效标准是看TEC AC交流阻值的变化是否超过5%。它并不代表TEC会停止工作,只是说性能会出现退化和削弱的情况
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happynessxsp

木虫 (著名写手)

欢迎大家来交流,如果需要帮助,私信就可以了,谢谢!
2楼2016-05-13 15:56:06
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穿越千年

版主 (著名写手)

寂寞读书的小和尚

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已在Thermoelectric Materials群推广,希望获得更多的关注和讨论,非常感谢你的分享。
科研需要充满热情,需要舍得放弃美好的青春!
3楼2016-05-13 17:13:30
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普通回帖

xx357479598

铁虫 (小有名气)


小木虫: 金币+0.5, 给个红包,谢谢回帖
做热电材料的前来学习啦
仿真这块的介绍真的让人眼界大开,希望能多向您学习
4楼2016-05-13 17:18:29
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happynessxsp

木虫 (著名写手)

引用回帖:
4楼: Originally posted by xx357479598 at 2016-05-13 17:18:29
做热电材料的前来学习啦
仿真这块的介绍真的让人眼界大开,希望能多向您学习

可以试着做一下,也不难。

发自小木虫IOS客户端
5楼2016-05-13 22:50:52
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c815115

铜虫 (正式写手)


小木虫: 金币+0.5, 给个红包,谢谢回帖
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很想学学热仿真
至少能达到了解基本原理的就行 如果有实际操作的东西就更好了
楼主有那些资料 课题推荐下吗
6楼2016-05-14 10:31:26
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happynessxsp

木虫 (著名写手)

引用回帖:
6楼: Originally posted by c815115 at 2016-05-14 10:31:26
很想学学热仿真
至少能达到了解基本原理的就行 如果有实际操作的东西就更好了
楼主有那些资料 课题推荐下吗

你去热设计论坛找,很多例子,大部分是flotherm 的

发自手机版WAP
7楼2016-05-14 21:00:14
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诡刺

铜虫 (职业作家)


小木虫: 金币+0.5, 给个红包,谢谢回帖
一般般吧,目前来说热设计待遇一般

发自小木虫Android客户端
我总以为,有过雨果的博爱,萧伯纳的智慧,罗曼·罗兰又把什么是美说得那么清楚,人无论如何也不该再是愚昧的了。
8楼2016-05-15 21:55:21
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happynessxsp

木虫 (著名写手)

引用回帖:
8楼: Originally posted by 诡刺 at 2016-05-15 21:55:21
一般般吧,目前来说热设计待遇一般

付出和回报一般是成正比的,计算机也不例外

发自小木虫IOS客户端
9楼2016-05-16 01:07:50
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明媚的你

新虫 (小有名气)


小木虫: 金币+0.5, 给个红包,谢谢回帖
楼主,我想问问你对用fluent模拟简化的热点制冷片有了解吗

发自小木虫IOS客户端
10楼2016-06-11 18:45:40
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