Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях

Термопара с проницаемыми ветвями

Проницаемый термоэлемент в режиме охлаждения описан в работах [50, 51, 54], схема представлена на рис.3.16. Ветви термоэлемента снабжены капиллярами для прохождения вещества, которое охлаждается при его пропускании от горячих спаев к холодным.

Распределение температуры в термоэлементе и в теплоносителе определяется выражениями (2.105) и (2.106).

Величина тока, необходимого для поддержания заданной разности температур на спаях, определяется из уравнения баланса теплот на поверхности холодного спая термоэлемента



Применение проницаемых термоэлементов позволяет повысить холодильный коэффициент в 1.3-1.5 раза.


Дополнительно повышение эффективности охлаждающих проницаемых термопар достигается при использовании функционально-градиентных термоэлектрических материалов.

Метод проектирования проницаемых термопар из функционально-градиентных материалов изложен в работе [3]. Схема термоэлемента приведена на рис.3.17. Она содержит ветви из материалов п- и p-типов проводимости, свойства которых изменяются с координатой x вследствие их зависимости от температуры и неоднородности. Температуры горячего и холодного спаев термоэлемента поддерживаются при постоянных значениях Т0 и Т1 соответственно. Боковая поверхность термоэлемента адиабатически изолирована. Проницаемость ветвей обеспечивается за счет пор в прессованных материалах, или мелких капилляров в перфорированных термоэлементах. В пористом термоэлементе теплообмен коэффициентом теплоотдачи



Первое слагаемое описывает перенос тепла теплопроводностью, второе - выделение тепла Джоуля, третье слагаемое описывает объемные термоэлектрические эффекты Пельтье и Томсона, четвертое определяет мощность внутренних источников тепла, обусловленных наличием теплообмена между теплоносителем и полупроводниковым материалом.

Теплоноситель, проходя сквозь ветви проницаемого термоэлемента, охлаждается. На участке ветви dx изменение его температуры dt определяется из закона сохранения энергии


Уравнения (3.95) и (3.97), записанные для n- и p-ветвей термоэлемента, образуют систему дифференциальных уравнений, из которых находятся распределения температур в ветвях и в теплоносителе.

Преобразуем эту систему уравнений к виду, удобному для решения задачи оптимального управления. Для этого введем новые переменные


Целью задачи оптимального управления является достижение максимального холодильного коэффициента при фиксированных температурах T0, Т1 горячих и холодных спаев и температуры теплоносителя Та на входе в термоэлемент. Поэтому граничные условия для системы дифференциальных уравнений (3.99) имеют вид



Функционал (3.106) зависит от функции управления неоднородностью термоэлектрического материала Z, управляемых параметров плотности тока j и скорости теплоносителя в каналах V.

Оптимальная задача состоит в том, чтобы из множества допустимых управлений выбрать такие функции неоднородности материалов n-p и одновременно назначить такие удельную массовую скорость теплоносителя в каналах Vи плотность тока j, которые при ограничениях (3.99), (3.100), (3.104) доставляют функционалу J наименьшее значение. При этом холодильный коэффициент в будет максимальным.

Такая задача решена путем применения принципа максимума Понтрягина [95]. Согласно этому принципу для минимума J должны выполняться условия:


Опираясь на систему уравнений (3.95)-(3.110), разработана программа компьютерного проектирования проницаемых термоэлементов из функционально-градиентных материалов.

Эффективность проницаемых термоэлементов из материалов с программированной неоднородностью в 1.2-1.3 раза выше, чем у однородных проницаемых термопар и в 2.6 раза выше, чем у традиционно используемых однородных монолитных термоэлементов. Эти преимущества свидетельствуют в пользу перспективности использования проницаемых функционально-градиентных термоэлементов для кондиционирования и для глубокого охлаждения газов и жидкостей.

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЭНЕРГИИ/Л.И.Анатычук. Институт термоэлектричества Киев, Черновцы, 2003

Литература

Голышев А.Б., Бачинский В.Я., Полищук В.П., Железобетонные конструкции

Зайцев Ю.В., Строительные конструкции заводского изготовления

Е.Ф. Лысенко, Армоцементные конструкции

С.В. Поляков, Каменная кладка из пильных известняков

В. Ермолов, Пневматические строительные конструкции

Журавлев А.А., Вержбовский Г.Б., Еременко Н.Н., Пространственные деревянные конструкции

А.В. Калугин, Деревянные конструкции

Е.К. Карапузов, Г. Лутц, X. Герольд, Сухие строительные смеси

А.А. Пащенко, Теория цемента

Волков В.А., Сантехника: как все устроено и как все починить

А. Грассник, Бездефектное строительство многоэтажных зданий

Д.С. Щавелев, Гидроэнергетические установки

Д.С. Щавелев, Экономика гидротехнического и водохозяйственного строительства

Гидротехнические сооружения. Ч. I. Глухие плотины

Гидротехнические сооружения. Ч. II. Водосливные плотины

Производство гидротехнических работ

Н.П. Розанов, Гидротехнические сооружения

А. П. Юфин, Гидромеханизация

Термоэлектрические преобразователи энергии

Использование возобновляемой энергии

Бетон и железобетон, избранные статьи

Современное состояние и перспективы развития энергетики