Разработка конструкции и основ теплового расчета термоэлектрического кондиционера кольцевого типа Петров Николай Иванович

Введение к работе

Актуальность темы. Конструкция большинства образцов холодильной техники предполагает использование промежуточных газожидкостных энергоносителей, из которых большую долю до недавнего времени составляли фреоны, губительно действующие на озоновый слой Земли. Альтернативой компрессионному газожидкостному холодильному и кондиционерному оборудованию является термоэлектрическая техника, реализующая экологически чистым способом производство холода или теплоты. Термоэлектрические кондиционеры можно считать практически единственными приемлемыми устройствами для охлаждения малогабаритных объектов (кабины сухопутных транспортных средств, грузоподъемных кранов, водных судов, рабочие места с повышенной температурой окружающей среды). Управление объектами повышенной опасности требует создания комфортных условий жизнедеятельности оператора на рабочем месте. Разработка новейших оптимальных конструкций охладителей с термоэлектрическими преобразователями требует создания методики расчета таких устройств, которая учитывала бы тешюэлектрофизические характеристики термоэлементов, термические сопротивления на спаях термопар и в местах «подвода-отвода» теплоты, конструктивные особенности охлаждающего устройства.

Разработка такой методики требует ее экспериментальной проверки на аппарате с конкретными конструктивными решениями.

Цель работы. Целью работы является создание нового малогабаритного кондиционера кольцевого типа с термоэлектрическими преобразователями для охлаждения малогабаритных объектов, проведение теоретических и экспериментальных исследований его тепловых характеристик и разработка методики его теплового расчета.

Поставлены и решены следующие задачи:

1. Разработана и реализована конструкция кольцевого кондиционера с однорядным расположением термоэлектрических преобразователей.

2. Разработан и изготовлен специальный стенд для экспериментального исследования тепловых характеристик кондиционера.

3. Проведены экспериментальные и теоретические исследования модели кондиционера в широком диапазоне изменения его рабочих параметров, на основе которых создана методика теплового расчета подобных аппаратов, позволяющая выявить оптимальные режимы его эксплуатации.

РОС. НАЦИОНАЛЬНА»
БИБЛИОТЕКА
³ С-Петербург

ОЭ Э00 6кі932>

4. Проведено сравнение экспериментальных данных по тепловым характеристикам кондиционера с расчетными по теоретической методике.

5. Определены области использования кондиционера.

Научная новизна заключается в получении следующих основных результатов:

1. Разработан новый тип малогабаритного кольцевого кондиционера с однорядным расположением термоэлектрических преобразователей, что повышает эффективность их использования.

2. Экспериментально определены диапазоны изменения тепловых характеристик кондиционера кольцевого типа (холодопроизводительности, холодильного коэффициента, температурного напора) при изменении начальных режимных параметров холодного и горячего теплоносителей и мощности электрического питания термоэлектрических преобразователей.

3. Разработана методика теплового расчета кондиционеров с термоэлектрическими преобразователями (ТЭП), учитывающая не только тештоэлектрофизические характеристики ТЭП и термические сопротивления «подвода-отвода» теплоты к спаям термопары, но и условия передачи теплоты к ним от теплоносителей с учетом конструктивных характеристик устройств.

4. Проверена экспериментально работа одиночных термоэлектрических преобразователей типа К1-127-1,4/1,5 (ВІ2ТЄ3 - Bi₂Se₃), и выявлено, что при проведении тепловых расчетов кондиционеров можно использовать заводские данные по теплоэлектрофизическим характеристикам преобразователей или справочные - по характеристикам материала электродов.

Практическая значимость работы заключается в решении следующих вопросов:

5. Создан специальный стенд для полномасштабных испытаний кондиционеров с термоэлектрическими преобразователями.

6. Предложенная методика расчета кондиционеров с термоэлектрическими преобразователями позволяет проводить тепловые расчеты кондиционеров с различными конструктивными решениями и оптимизировать их работу по холодному и горячему теплоносителям, поверхностям теплосъёма, мощности питания и т.п.

3. Предложен на уровне полезной модели пилотный образец
малогабаритного кондиционера кольцевого типа с однорядным расположением
термоэлектрических преобразователей, который рекомендуется для серийного
изготовления и применения с целью создания заданных рабочих условий в

объектах малого объёма (транспортные кабины, рабочие места в офисах, камеры торгового оборудования, шкафы электронного оборудования).

Реализация. Методика теплотехнического расчёта параметров кольцевого кондиционера, а также результаты испытаний макетного образца использованы при разработке двух опытно-промышленных кондиционеров:

7. Бортовой кондиционер для кают маломерных и других надводных судов. Опробован и внедряется ООО «Техноцентр «Термические технологии» в г. Волгодонске в 2005 г.

8. Кондиционер системы поддержания климатических условий в стойках АСКУ. Внедрён на образцах головной серии систем «Потенциал - М «С» ООО «Потенциал», г. Тольятти в 2005 г.

Автор защищает

9. Результаты экспериментального определения основных тепло-электрофизических характеристик термоэлектрического преобразователя К1-127-1,4/1,5 (Bi₂Te₃ -Bi₂Se₃).

10. Методику теплового расчета кондиционера с термоэлектрическими преобразователями по заданным тепловым или электрическим параметрам.

11. Результаты теплового расчета кондиционера кольцевого типа с термоэлектрическими преобразователями К1-127-1,4/1,5.

12. Результаты экспериментальных исследований основных тепловых характеристик кондиционера кольцевого типа с термоэлектрическими преобразователями К1-127-1,4/1,5.

13. Результаты аналитического исследования регулирования работы кондиционера с термоэлектрическими преобразователями при управляющем воздействии напряжения питания.

Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на: международной научно-технический конференции «Социально-экономические проблемы лесного комплекса» (Екатеринбург, 2003); межотраслевой научно-технической конференции «Дни науки ОТИ МИФИ» (Озёрск, 2002); Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы современной энергетики» (Екатеринбург, 2002); II и IV отчетных конференциях молодых ученых ГОУ ВПО УГТУ-УПИ (Екатеринбург, 2002, 2003).

Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 9 печатных работах [1-9].

Личный вклад автора заключается в анализе литературных данных; разработке конструкции кондиционера кольцевого типа с ТЭП; создании экспериментальных стендов; проведении экспериментов по определению тепловых характеристик термоэлектрического преобразователя и макета кондиционера; анализе экспериментальных данных; разработке методики теплового расчета кондиционера с термоэлектрическими преобразователями; проведении теплового расчета кондиционера кольцевого типа; выявлении областей использования кондиционера.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и приложений; изложена на 172 страницах машинописного текста и содержит 10 таблиц, 40 рисунков и библиографический список из 113 наименований.

Похожие диссертации на Разработка конструкции и основ теплового расчета термоэлектрического кондиционера кольцевого типа

Разработка конструкции малогабаритного устройства непрерывного пиролиза твердого органического топлива в термически нагруженном слоеКотельников Валерий Ильич

Тепловые и гидродинамические процессы в высокоскоростных магнитожидкостных уплотнениях, разработка их конструкций Чернобай Владимир Алексеевич

Научные основы прогнозирования и расчета термодинамических свойств неполярных углеводородовКузнецов, Михаил Александрович

Математическое моделирование и расчет теплового состояния камер сгорания энергетических установок на основе нейросетевой вычислительной архитектурыКретинин Александр Валентинович

Разработка методов расчета вязкости и теплопроводности плотных и разреженных газов на основе теории ЭнскогаСвойский Василий Зиновьевич

Исследование и расчет теплоотдачи при кипении жидкостей в условиях свободного движения на основе волнового механизма переноса энергииАхмедова Зухра Халипаевна

Совершенствование методики расчета энергетических параметров ударной волны при высоковольтном электрическом разряде в воде на основе теплофизического подходаГимадеев Минахмет Минхайдарович

Разработка методов анализа динамики и оценки работоспособности раскрывающихся крупногабаритных космических конструкций ферменного типаЗимин Владимир Николаевич

Разработка и применение теории ползучести и длительной прочности энергетического типа для оценки ресурса элементов конструкцийСимонов Алексей Владимирович

Вариационные методы расчета тонкостенных конструкций сложной формы на основе аппроксимирующих функций произвольного порядка с конечными носителямиХайруллин Фарид Сагитович