ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Влияние теплообмена на энергетические характеристики ТТН из "Термоэлектрические тепловые насосы" В реальных условиях работы ТТН гораздо чаш,е фиксированными являются температуры среды или объектов, окружаюш,их холодные и горячие спаи термобатареи. Термические сопротивления между спаями термобатареи и окружаюш,ими их средами обычно слабо Зависят от температуры, а определяются лишь конструкцией ТТН, поэтому для каждого конкретного устройства их можно считать постоянными. Если термобатарея находится в непосредственном контакте с охлаждаемым (нагреваемым) объектом, то величина термического сопротивления зависит от толш,ины и коэффициента теплопроводности слоя электрической изоляции между спаями и примыкаюш,им к ним объектом. Если же подвод и отвод тепла с поверхностей термобатареи осуш,ест-Вляется путем конвективного теплообмена, то величина термического сопротивления будет определяться значениями коэффициентов теплоотдачи. [c.27] Используя эту оценку, можно показать, что для широкого интервала значений 01 и А0 второе слагаемое в выражении (2-9) не превышает 3% от первого, поэтому для Го можно ограничиться лишь первым приближением, т. е. [c.32] На энергетические характеристики ТТН оказывает влияние теплообмен не только на спаях термобатареи, но и на боковых поверхностях каждого термоэлемента. [c.32] Обычно, проводя аналитические исследования характеристик ТТН, не учитывают этого обстоятельства, так ка рассматривают термобатарею, составленную из иден-ти вдь1х термоэлементов, боковые поверхности которых япйабатно теплоизолированы по всей длине. В работе [б ] показано, что если часть боковой поверхности термоэлемента, примыкающей к горячему спаю, обменивается теплом с окружающей средой, то энергетические характеристики ТТН могут быть улучшены по сравнению с термобатареей, составленной из элементов с адиабатными боковыми поверхностями. [c.33] Рассмотрим распределение температуры вдоль термоэлемента высотой й, боковая поверхность которого на некотором участке (считая от холодного спая) адиабатно теплоизолирована, а торцы поддерживаются при постоянных температурах 01 и 02- На остальном участке боковой поверхности с 2= d — осуществляется теплообмен с окружающей средой, температура которой 0 (рис. 8). [c.33] Мощность, потребляемая термобатареей от источника электрического питания, расходуется на преодоление термо-э. д. с., направленной навстречу подаваемому напряжению, и на выделение джоулевого тепла в ветвях термопар. [c.36] Соотношение для максимального холодильного коэффициента можно получить, если подставить выражение (2-28) в (2-27). [c.36] Если в выражениях для экстремальных характеристик термобатареи с частично изолированными термоэлементами (2-23) — (2-28) положить = й, то они переходят в соответствующие соотношения для термобатареи с полностью изолированными термоэлементами, приведенные в предыдущем параграфе. [c.36] Неравенство (2-32) совпадает с условием (1-9), при котором существует максимум температуры вдоль высоты термоэлемента, а правая часть соотношения (2-33) совпадает с величиной этого максимума — выражение (1-10). В случае, если распределение температуры вдоль термоэлемента носит моютонный характер, то для существования оптимума 2 достаточно, чтобы температура потока, омывающего боковую поверхность, была ниже, температуры горячих спаев. Условия а) и б) означают, что улучшить характеристики термоэлемента за счет теплообмена части его боковой поверхности с окружающей средой можно только в том случае, когда температура окружающей среды ниже максимальной температуры в термоэлементе. [c.38] Целесообразно изолировать лишь ту часть боковой поверхности термоэлемента, где температура его ниже температуры окружающей среды. При этом тепловой поток, притекающий к холодному спаю по ветвям за счет теплопроводности материала, должен уменьшиться по сравнению с потоком в полностью изолированном элементе, так как часть тепла рассеивается за счет теплообмена неизолированной боковой поверхности с окружающей средой. Кроме того, джоулево тепло, выделяющееся в термоэлементе, в этом случае делится на два неравных потока, причем больший из них направлен в сторону горячих спаев. Оба эти обстоятельства и приводят к улучшению всех характеристик ТТН. [c.38] На рис. 9 представлены некоторые результаты расчетов, выполненных в работе [611, которые наглядно иллюстрируют улучшение экстремальных характеристик термобатареи, составленной из частично -изолированных элементов (звездочкой отмечены характеристики термобатареи, составленной из элементов с полностью изолированной боковой поверхностью, т. е при й, = й). [c.38] ВОЗМОЖНОСТИ, раскрывающиеся при рациональном конструировании ТТН. [c.39] При наличии теплообмена на некотором участке боковой поверхности термоэлемента возможно улучшить характеристики последнего за счет его профилирования. Известно [46, 63], что геометрическая форма термоэлемента не влияет на его характеристики, когда вся боковая поверхность его адиабатно теплоизолирована. [c.39] Однако, как показал Роллингер [60], этот вывод нельзя распространить на термоэлемент, боковая поверхность которого изолирована не полностью. [c.40] Подвешенным термоэлементом будем называть стержень из полупроводникового материала, который включен в цепь источника тока с помош,ью проводов, закреп,-ленных на торцах и образуюш,их в местах крепления холодные и горячие спаи. При этом будем считать, что условия теплообмена холодных и горячих спаев с окружающей средой полностью идентичны. Разность температуры между спаями определяется выделением и поглощением тепла за счет эффекта Пельтье. Джоулево тепло распределяется равномерно по стержню и не создает градиента температуры. В стационарных условиях выделяемое и поглощаемое на спаях тепло Пельтье компенсируется кондуктивным потоком тепла вдоль стержня, обусловленным его теплопроводностью. Потери тепла с поверхности образца, возникающие благодаря конвекции, излучению и теплоотводу по проводам, можно уменьшить, создавая вокруг образца тепловую изоляцию и используя длинные и достаточно тонкие провода. [c.40] Перепад температуры на спаях подвешенного термоэлемента растет вместе,с плотностью тока. При малых значениях V перепад А0 увеличивается линейно с током, а затем темп роста возрастает из-за увеличения средней температуры, которая повышается благодаря выделению джоулева тепла. [c.40] Харманом [54] было предложено использовать формулу (2-36) для определения теплопроводности полупроводников К путем измерения разности температур Гг — Т[ (при известном значении е). [c.41] Здесь —полная термо-э. д. с. образца в стационарных условиях — омическое падение напряжения на образце. [c.41] Величины и 11 , либо и Я- легко могут быть измерены с высокой точностью, что дает возможность непосредственно определять параметр термоэлектрической добротности вещества 2. Для повышения точности определения термоэлектрических свойств полупроводниковых материалов указанным методом необходимо учесть потери тепла с поверхности образца. Такие расчеты были выполнены в работе [15]. [c.41] Здесь при Х 1, граничное условие в (х) = 0 при X О, граничное условие в (х) = 01. [c.42] Вернуться к основной статье