熱電致冷器熱變形之實驗與數值探討

Experimental and numerical investigation of thermal deformation of thermoelectric coolers

吳亭瑩(Ting-Ying Wu)

指導教授 ： 王偉中

國立清華大學/工學院/動力機械工程學系/碩士(2010年)

摘要

熱電致冷器(Thermoelectric Cooler, TEC)透過珀爾帖效應(Peltier Effect) 使得TEC試片在操作過程中存在溫度梯度，且因結構內部各個材料熱膨脹係數不匹配，造成電子元件間互相牽制，經過長時間反覆使用，容易導致元件破壞與損毀。
本研究利用電子光斑影像干涉術（Electronic Speckle Pattern Interferometry, ESPI）和數位影像相關（Digital Image Correlation, DIC）法兩種光學量測方法進行TEC變形量量測。本研究嘗試31對與127對兩種不同尺寸的TEC試片，以單邊夾持、中心支撐與雙面固定三種不同的夾持方式，研究獲得TEC試片在不同輸入電流造成之變形資訊。本研究結果顯示兩陶瓷板間的溫差與平面外位移關係為線性，且翹曲量（Warpage）不會因TEC試片不同的變形狀態（熱面膨脹冷面收縮狀態與冷面和熱面皆處於膨脹狀態）而有所改變，只與冷熱面的溫差有關。
本研究亦以有限元素法套裝軟體ANSYS 12.1建立31對TEC試片有限元素模型，搭配中心支撐之夾持方式，成功的比對了實驗與數值模擬結果，並藉由數值模擬瞭解TEC試片內部應力分佈的狀況。

關鍵字

熱電致冷器 ； 電子光斑影像干涉術 ； 數位影像相關法 ； 翹曲量 ； 有限元素法

參考文獻

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