Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  


Загрузка...

Дипломная работа (магистр) Перспективи застосування елементів Пельтьє в метрологічній практиці - файл Rozdil3.doc


Загрузка...
Дипломная работа (магистр) Перспективи застосування елементів Пельтьє в метрологічній практиці
скачать (628.3 kb.)

Доступные файлы (7):

9_ekon1.doc294kb.05.12.2003 00:21скачать
ohprac.doc80kb.11.11.2003 11:41скачать
Rozdil1a.doc580kb.29.10.2003 05:52скачать
Rozdil2a.doc228kb.24.11.2009 19:06скачать
Rozdil3.doc123kb.29.10.2003 05:38скачать
sit_grafic1.doc65kb.05.12.2003 00:35скачать
ZMIST.doc46kb.29.10.2003 05:41скачать

Rozdil3.doc

Реклама MarketGid:
Загрузка...
РОЗДІЛ 3.

МЕТОДИКА ВИБОРУ ТЕРМОЕЛЕКТРИЧНОГО ОХОЛОДЖУВАЧА
З огляду складності, що визначається нелінійністю характеристик термоелектричного охолоджувача та великої кількості параметрів, які підлягають аналізу, при визначенні теплового балансу проектованого пристрою, запропоновано наступну спрощену схему вибору термоелектричного охолоджувача Пельтьє, що опирається на:

3.1. Визначення сумарного теплового навантаження:

  • Активне теплове навантаження - 8.0 Вт;

  • Радіаційне навантаження - 0.2 Вт;

  • Конвективне навантаження - 0.8 Вт;

  • Кондуктивне навантаження - 0.0 Вт;

  • Сумарне теплове навантаження (Q) - 9.0 Вт

^ 3.2. Визначення різниці температур:

  • Температура гарячої сторони ТЕО (Th) - 27.0 0C;

  • Температура холодної сторони ТЕО (Tс) - -8.0 0C;

  • Різниця температур T(Th - Tс) - 35.0 0C.

^ 3.3. Вибір кількості каскадів:

Попередній вибір необхідної кількості каскадів проводимо згідно наявних таблиць серійних ТЕО (наприклад, за приведеною нижче таблицею (табл. 3.1) з каталогу номінальних характеристик серійних ТЕО фірми “Marlow Industries, Inc.”) на основі необхідного значення T:

Таблиця 3.1

К - сть

каскадів

TmaxN2 при 1 атм.)

Tmax(у вакуумі.)

1

64

67

2

84

91

3

95

109

4

--

115

5

--

121

6

--

127

Для цього випадку однокаскадного ТЕО буде цілком достатньо, оскільки необхідна температура охолодження досягається однокаскадним охолоджувачем. Якщо ж кількість необхідних каскадів перевищує 2, то даний процес вибору не є прийнятним. Ця методика є коректною лише для одно - чи двокаскадних ТЕО.

^ 3.4. Вибір одно - чи двокаскадних ТЕО

При розрахунку використовуються графіки характеристик ТЕО, які стандартизовані таким чином, щоб можна було отримати оптимальну криву для одно - чи двокаскадних зразків для яких відомі максимальні значення кількості відведеного тепла та різниці температур. Використовуючи співвідношення дійсного значення характеристики до максимального, отримуємо можливість проведення розрахунку у відносних одиницях, що дозволяє розширити діапазон аналізованих характеристик:

3.4.1 Визначення відношення Т/Тmax:

Т (з п. 3.2) - 350С

Тmax(з п. 3.3) - 640С

Т/Тmax = 350С/640С = 0.55.

3.4.2 На графіку характеристик (рис. 3.1) проводять горизонтальну лінію у відповідності до отриманого значення відношення Т/Тmax.

3.4.3 Оптимальне значення відношення Q/Qmax визначається на перетині проведеної лінії відношення Т/Тmax і діагональної лінії оптимуму. Між кривими можлива інтерполяція.

При цьому “оптимум” Q/Qmax = 0.25


Рис. 3.1. Типові характеристики відношень Т/Тmax термоелектричних охолоджувальних елементів Пельтьє



3.4.4 Оптимальне значення відношення Q/Qmax визначається на перетині проведеної лінії відношення Т/Тmax і правої вертикальної осі.

При цьому “максимум” Q/Qmax = 0.45.

3.4.5 Ділимо сумарне теплове навантаження Q (з п. 3.1) на “оптимальне” та “максимальне” відношення Q/Qmax

“оптимальне” Qmax = 9 / 0.25 = 36 (Вт)

“максимальне” Qmax = 9 / 0.45 = 20 (Вт).

3.4.6 Вибираємо ТЕО з каталогу так, щоб значення Qmax було більше, ніж значення (“максимальне” Qmax”) і менше, ніж оптимальне (“оптимальне” Qmax). При цьому забезпечується максимальна ефективність ТЕО (табл. 3.2).

Таблиця 3.2




Qmax

ТЕО

“Оптимум”

31,0

14 А; 3,4 В

“Максимум”

20,0

9 А; 3,5 В

^ 3.5. Визначення характеристик термоелектричного охолоджувача

Після того як вибрано ТЕО, переходимо до визначення його характеристик.

3.5.1. Виходячи з даних каталогу, запишемо максимальні значення ТЕО, характеристики якого визначатимемо. Якщо температура гарячої сторони відмінна від 300 К, то необхідно відповідним чином відкоригувати дані з каталогу (табл. 3.3).

Таблиця 3.3

Параметр

Значення

Тmax

64 0С

Qmax

31.0 Вт

Imax

14.0 А

Umax

3.4 В


3.5.2. Визначаємо відношення Т/Тmax (табл. 3.4):

Таблиця 3.4

Т

35 0С

Тmax

64 0С

Т/Тmax

35/64=0.55


3.5.3. На рис. 3.1 проводимо лінію у відповідності до значення відношення Т/Тmax (для даного випадку 0.55).

3
Рис. 5.1. Визначення характеристик термоелектричного охолоджувача
.5.4.
Ділимо сумарне теплове навантаження (з п. 3.4.1) на значення Qmax з п. 3.5.1:

Q/Qmax = 9 / 31 = 0.29.


3

Рис. 3.2. Визначення основних характеристик термоелектричного охолоджувача
.5.5.
З перетину горизонтальної лінії (з п. 3.5.3) і значення відношення Q/Qmax (порахованого в п. 3.5.4) проводимо вертикальну лінію на графік характеристик ТЕО.

3.5.6. Запишемо значення відношення I/Imax яке визначається з точки перетину вертикальної лінії, яка намальована в п. 3.5.5, і нижньої осі:

I/Imax = 0.59.

3.5.7. Використовуючи значення Imax, яке визначене в п. 3.5.1, і значення відношення I/Imax, визначене в п. 3.5.6, порахуємо струм ТЕО:

IТЕО = Imax х (I/Imax) = 14.0 х 0.59 = 8.3 (А).

3.5.8. Для визначення значення напруги ТЕО креслимо горизонтальну лінію з кожного перетину вертикальної лінії (з п. 3.5.3) і двох кривих нижнього графіка.

3.5.9. Запишемо значення відношень V/Vmax взятих з точок перетину двох горизонтальних ліній, намальованих в п. 3.5.8 і лівої вертикальної осі характеристики ТЕО. Ці значення визначають діапазон відношення V/Vmax для вибраного ТЕО. Для великих значень Т (при малих значеннях відношення Q/Qmax ), напруга буде відповідати верхній межі діапазону, і для малих значень Т (при великих значеннях відношення Q/Qmax ), напруга буде відповідати нижній межі діапазону:

Верхня межа (V/Vmax) = 0.67

Нижня межа (V/Vmax) = 0.53.

3.5.10. Перемножуємо Vmax (визначене в п. 3.5.1) на кожне значення відношення V/Vmax, визначене в п. 3.5.9, щоб отримати діапазон напруг ТЕО:

Верхня межа = Vmax (V/Vmax) = 3.4 0,67 = 2.3 (В)

Нижня межа = Vmax (V/Vmax) = 3.4 0,53 = 1.8 (В)

3.5.11. Обчислимо максимальну потужність ТЕО. Для цього множимо струм ТЕО (з п. 3.5.7) на значення верхньої межі напруги (з п. 3.5.10):

РТЕО = 8.3 А 2.3 В = 19.1 Вт

3.5.12. Розрахуємо потужність розсіювання (Qh). Потужність розсіювання це сума загального теплового навантаження і підведеної до ТЕО потужності:

Qh = 9.0 + 19.1 Вт = 28.1 (Вт).
3.5.13. Проектування і вибір тепловідводів є критичним для роботи всієї термоелектричної системи охолодження і вибору ТЕО. Всі ТЕО потребують тепловідводів і можуть вийти з ладу, якщо працюватимуть без них. Температура тепловідводу впливає на максимальне значення температури холодної сторони, яка може бути отримана з допомогою ТЕО. Опір тепловідводу є мірою його здатності розсіювати підведене тепло і обчислюється згідно наступної залежності:

(3.1)

RT – термоопір (0С/Вт); Т1 – температура тепловідводу (0С); Т2 – температура оточуючого середовища (0С); Q теплове навантаження тепловідводу (включає поглинуте тепло і потужність ТЕО) (Вт).

Метою проектування тепловідводу є зменшення теплового опору між ТЕО та оточуючим середовищем. Це досягається збільшенням площі поверхні і додатково ще може потребувати примусового повітряного або водяного охолодження.

Приведемо термічну схему (рис. 3.3) для визначення теплового опору тепловідводу. Нехай температура оточуючого середовища становить 270С, а допустимий приріст температури на тепловідводі - 100С. Отже, температура тепловідводу 370С. Якщо ж потужність розсіювання становить 10 Вт, то значення теплового опору, відповідно, становить:100С/10 Вт = 10С/Вт.

Є три основних типи тепловідводів: термогравітаційний конвективний, примусовий конвективний і рідинний. Серед них найбільш ефективним є рідинний. Типові значення термоопору для термогравітаційного конвективного теплообміну - від 0.50С/Вт до 50С/Вт, вимушеного конвективного - від 0.020С/Вт до 0.50С/Вт і рідинного - від 0.0050С/Вт до 0.150С/Вт. В основному використовуються примусові та рідинні тепловідводи.

У нашому ж випадку, з метою досягнення максимальної ефективності пристрою, застосовуємо водяне охолодження тепловідводів ТЕО водогінною водою.


Скачать файл (628.3 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации
Рейтинг@Mail.ru