随着电子技术的快速发展,CPU的散热问题成为制约其发展的瓶颈,热电制冷具有结构紧凑,噪音低、可精确温控等优点,在CPU散热上具有极大的应用价值。本文主要从CPU热电制冷散热系统的性能优化及其有效工作的工况范围两方面进行深入的研究。为热电制冷应用于CPU散热提供相应的理论支撑。本文首先分析热电模块的传热特性,探讨焦耳效应在热电制冷过程中的作用,得到描述热电制冷过程较为准确的数学模型。再着手优化整个CPU热电制冷散热系统,建立热电模块热端采用风冷热沉散热的CPU热电制冷散热系统,建立系统的传热网络图,给出系统各部分热阻的计算公式。为简化算法,利用热、电类比的原理,建立系统的等效电路模型,在PSpice中进行模拟。分析系统瞬态制冷性能,探讨热电模块工作电压、冷负荷对热电制冷性能的影响。在稳态条件下,分析热端散热风扇风量,环境温度以及系统中热电模块的个数对热电制冷性能的影响。为了探讨热电制冷系统有效工作的工况范围。分别分析了系统使用单个热电模块和2块热电模块时,接点温度不超过CPU临界温度的冷负荷范围,并与CPU单独使用热端的热沉和风扇散热进行了比较。同时,为了防止冷端结露,提出了防止结露的理论方法。最后,利用有限元分析方法,针对CPU具体可能的热负荷进行了模拟,并将模拟结果与之前的研究结论进行比较。结果表明,工作电压、热端热阻和环境温度对热电制冷系统性能有显著的影响。热电模块获得最低制冷温度的电压值随热端热阻的增大而减小。在该热电制冷系统中,使用两块热电模块时,获得的最低制冷温度最小;热电模块在相同的工作电压下,使用单个热电模块,系统的COP最大。热电制冷应用于CPU散热,当CPU的热负荷增加到一定值后,热电制冷系统的传热会恶化,此时使用系统热端的热沉和风扇散热效果会更好。但与单独使用热端的热沉和风扇散热相比,在合适的CPU热负荷下,CPU热电制冷散热系统的散热效果远好于前者。