● 摘要
卫星或空间飞行器等太空设备内部的发热组件需要得到良好的温度控制，并且对制冷系统体积、重量、可靠性等要求较高。与机械式制冷系统相比，热电器件具有体积小、重量轻、制冷迅速、无运动部件、结构牢固、寿命长等诸多优点，符合太空设备制冷需求。然而，在真空环境中，采用对流式散热器对热电器件热端进行散热显然是不可行的。因此，有必要针对热电器件设计一种封闭、可循环的散热方式。基于相变材料储能特性的相变储能装置，其充放热过程具有可循环性和较好的封闭性，将它作为热电器件散热器，能减少器件与环境的热交换并提高能源利用率。
本文以星载处理器的制冷和热能利用为背景，设计了一种结合相变储能技术和热电效应的制冷/发电装置，具体工作如下：
（1）本文首先调研了一款常见星载处理器的散热量、散热面尺寸等热力学特征，确立了制冷/发电装置的功能需求，并据此对装置的原理、材料、尺寸、布局等进行了初步计算和设计。
（2）针对装置的初步设计方案，把装置的工作模式简化为平板导热、热电制冷、温差发电、肋片传热和相变材料传热等物理模型，并对其进行了数学分析。
（3）利用ANSYS软件建立了装置的有限元模型，并对装置的制冷效果进行了仿真。基于仿真结果，优化了装置设计方案并再次验证了装置在不同热负载下的有效性。
优化后的装置能在较大干扰热流密度下对处理器实现有效制冷，制冷时间长达50分钟。装置在最优发电模式下能输出6.04×104J的电能，热电转换效率高达84.8%。