ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Нестационарные режимы термоэлектрических охладителей и нагревателей из "Термоэлектрические тепловые насосы" При проектировании и эксплуатации различных термоэлектрических устройств необходимо учитывать ход нестационарных тепловых процессов, протекающих в период после включения питания и под действием различных возмущающих факторов (изменения внешней температуры, тепловой нагрузки, тока питания и т. д.). Нестационарные тепловые процессы в термобатареях имеют особенно существенное значение для работы тер-мостатирующих устройств, так как они определяют время выхода в режим, точность поддержания заданной температуры. [c.78] Можно указать ряд конкретных задач по расчету нестационарного температурного поля в термобатарее. Наиболее важным из этих задач являются 1) определение хода температуры в термобатарее при ступенчатой форме тока 2) определение зависимости тока от времени, обеспечивающей наилучшим образом заданный ход температуры в охлаждаемом или нагреваемом объекте 3) определение изменений температуры после установления стационарного режима под влиянием различных возмущающих воздействий. [c.78] Вторая из отмеченных выше задач (по существу комплекс задач) направлена на определение режима питания термоэлементов, который бы обеспечил заданный или некоторый экстремальный временной ход температуры на спаях. Одним из вариантов этой задачи является определение такой зависимости тока питания / t) от времени, которая дает возможность получить наибольшее снижение температуры охлаждаемого тела. Рассматриваемая вариационная задача почти не исследована, имеются лишь некоторые предварительные результаты, о которых будет сказано ниже. [c.79] Третья из указанных задач возникла в связи с конструированием устройств для стабилизации температуры с применением термобатарей. В монографии [52] дан подробный анализ варианта задачи, допускающего линеаризацию уравнений. В указанной книге рассмотрено воздействие малых возмущений (изменений тока питания, температуры и тепловой нагрузки) на величину установившегося значения температуры. [c.79] Здесь О — теплоемкость коммутационной пластины и присоединенной к ней массы — приведенный коэффициент теплоотдачи — тепловая нагрузка, приходящаяся на единицу площади холодных спаев. В общем случае мощность состоит из двух членов мощности источников тепла, действующих в охлаждаемом материале д , и джоулева тепла, рассеиваемого на холодном спае — (Рк — контактное сопротивление на единицу площади). [c.80] Граничные условия (6-3) несколько схематизированы, так как предполагается, что тело, находящееся в контакте с холодными спаями, обладает достаточно большой теплопроводностью, такой, что перепадом температуры по нему можно пренебречь. [c.80] Предэкспоненциальные множители также зависят от параметров т)1, V и В11, кроме того, на их значения влияют параметры о и Ка- Зависимость Лх от тока V характеризуется наличием максимума, после чего А , монотонно уменьшаясь, переходит через нуль и становится отрицательным. Коэ ициент А монотонно растет с V. [c.84] Для удобства практических расчетов предэкспонен-циальных множителей Ах и служит табл. 2, которая составлена для тех же значений параметров V + и т]1 что и табл. 1. [c.85] В тех случаях, когда параметры Bij и t]i принимают предельные значения (близкие к нулю либо достаточно большие), легко определить аналитически соответствующие значения а также Л. [c.86] Для рассматриваемого случая при любом 0о отношение Vo/v° превышает я/2, т. е. заведомо больше единицы. Из данных табл. 3 следует, что увеличение теплоемкости нагрузки способствует увеличению Vo, а теплоотдача уменьшает Vo. Величина Vo может отличаться от V как в сторону меньших, так и больших значений. Тем самым экстремум на кривой зависимости Т ((), возникающий, когда ток принимает значение V = Vo, может появиться как при токах, меньших оптимального (при достаточно больших значениях В ), так и при значениях тока, превышающих оптимальное в стационарном режиме. [c.90] Сравнение формул (6-16) и (6-17) показывает, что наличие тепловой нагрузки в виде теплоемкости приводит к замедленному темпу охлаждения в начальный период. Первые два члена разложения (6-17) совпадают с соответствующими членами разложения для случая охлаждения пластин от источника постоянной производительности, равной у0о — /Сн [24]. [c.92] Из графиков можно сделать те же выводы, что из анал11за соответствующих формул. Большим значениям тока соответствуют кривые с большим углом подъема в начале координат. Кривые для токов, меньших Vq, имеют монотонный характер (для рассматриваемого случая Vq = 1,64 v°, причем, если v v°, то кривые не пересекаются при v v° кривые начинают пересекать предшествующие. Когда ток превышает v ,, температура, изменяясь со временем, проходит через экстремум. Наибольшую скорость установления стационарного перепада для представленного семейства зависимостей имеет кривая 5 — v= 1,5 v° (близко к значению Vo). [c.92] Из рис. 23, б следует, что при большой теплоемкости нагрузки (iii = 1, Bil = 0) даже при v = 2 не наблюдается экстремума на кривой Д0 = f (Ро) (для этого случая = 2,17 v°). Наибольший темп установления стационарного режима среди представленных кривых наблюдается при v == 2 (что близко к Vq). [c.92] Случай В 1 = 5 и 111=1 (рис. 23, г) характерен взаимной компенсацией влияния теплоотдачи и теплоемкости нагрузки, в результате чего экстремум на кривых возникает при V = 1,25. [c.94] Для случаев, представленных на рис. 23, были проведены наряду с расчетом на ЭВМ, исходя из уравнения (6-1), также вычисления изменений А0 со временем Ро на основе использования формул (6-5) и (6-17) (111 = 0) или (6-16) (т]1 Ф 0). На рисунках кружками отмечены данные расчета по формуле (6-5), а треугольниками — по формулам (6-16) или (6-17). Результаты сопоставлений показывают, что для интервала изменений критерия Ро = О -ь 0,05 хорошее совпадение обеспечивают три члена ряда (6-16) или (6-17), а при Ро 0,04 достаточную точность аппроксимации дают стационарный и два члена временного ряда (6-5). [c.94] Значения б при нагреве будут ниже, чем при охлаждении при тех же значениях V, т]1 и 6 1, а величина постоянной времени Тд больше. Для определения параметров 61 и 62 можно пользоваться данными табл. 1, при этом в качестве входного параметра следует брать В11 — V. Предэкспоненциальные множители Ах и А можно рассчитывать на основе табл. 2 с учетом изменения знака V. [c.94] Выражение для нестационарного хода температуры при ступенчатой форме тока в общем случае может быть представлено лишь в виде ряда это обстоятельство сильно затрудняет его анализ. В частности, остается невыясненным вопрос о зависимости экстремального значения перепада температуры в ходе нестационарного процесса охлаждения от силы тока питания и соотношения между этой величиной и максимальным перепадом температуры в стационарном режиме. [c.97] Граничное условие на холодном спае учитывает тепло Пельтье, теплоотдачу в окружающую среду, теплоемкость охлаждаемого тела, джоулево тепло, выделяемое на контактах, и мощность постоянных источников тепла. [c.97] Влияние термических сопротивлений на спае с ростом тока падает, влияние теплоемкости й электрического сопротивления растет. [c.100] При заданном характере изменения плотности тока V со временем выражение (6-37) является интегральным уравнением типа Вольтерра, причем зависимость 0 от времени может быть определена аналитическим или численным методами. Из уравнения (6-37) следует, что ход температуры на холодном спае зависит лишь от характера изменения тока со временем. Абсолютная величина тока (масштаб тока /о) влияет только на масштаб врадени. В работе [7 ] не ставилась задача определения оптимальной зависимости тока от времени, а рассматривалось на некоторых примерах влияние изменения тока со временем на ход температуры на спаях термоэлемента. Это позволило, в частности, оценить потенциальные возможности, которые дает варьирование плотности тока со временем для увеличения перепада температуры на спаях. [c.104] Вернуться к основной статье