Разработка учебно-исследовательского стенда по исследованию термоэлектрического преобразования энергии.
Введение
На данном этапе развития науки и техники проведено огромное количество анализов и экспериментов термоэлектрических явлений, то есть явления, вызванные взаимосвязью между тепловыми и электрическими процессами в проводниках, и изучаются они уже более 260 лет. Первооткрывателем термоэлектрического явления считается французский физик, автор трудов по термоэлектричеству, электромагнетизму и метеорологии Жан Шарль Пельтье. Первые термоэлектрические батареи (ТЭБ) изготовили в 1823 году Эрстед и Фурье, установки имели очень низкий коэффициент полезного действия (менее 1%). Однако исследования, которые проводились в Ленинградском физико-техническом институте под руководством А.Ф. Иоффе, позволили повысить КПД [1]. В термоэлектрических генераторах (ТЭГ) происходит преобразование тепловой энергии в электрическую, основанное на эффектах Зеебека, Пельтье и Томсона. Эффект Зеебека (термоэлектрический эффект)
Содержание
Реферат………………………………………………………………………………4
Введение ……………………………………………………………………………6
1. Обзор и анализ современных способов разработки и исследования термоэлектрических преобразователей энергии ………………………..………..8
1.1 Способы прямого преобразования тепловой энергии в электрическую…..8
1.2 Магнитогидродинамический метод (МГД-метод)…………………………10
1.3 Термоэмиссионные преобразователи (ТЭП)……………..………………...15
2. Математические моделирование термоэлектрического генератора................18
2.1 Математическая модель термостата………………………………………..18
2.2 Численное моделирование термостата……………………………………..21
2.3 Вывод по численному моделированию…………………………………….26
3.Исследовательские стенды и методики исследования термоэлектрических охлаждающих устройств и термоэлектрических генераторных устройств………………………………….………………………………………...27
3.1 Методика исследования теплофизических параметров
термоэлектрических преобразователей энергии……………..………………..…27
3.1.1. Разработка стенда для исследования термоэлектрических
преобразователей энергии………………………………………………..……28
3.1.2. Методические рекомендации по исследованию теплофизических параметров термоэлектрических преобразователей энергии…………..……30
3.1.3 Результаты исследований параметров термоэлектрических преобразователей энергии……...………………………………………………35
3.2. Методика исследования средств измерения температуры………………39
3.2.1. Разработка стенда для калибровки и поверки средств измерения температуры………..………………………………………………...................39
3.2.2. Методические рекомендации по калибровке и поверке средств измерения температуры………………………………………………………...44
3.2.3. Основные результаты …………………..……………………..…………45
4.Оптимизация конструкции и технологии термоэлектрических устройств…………………………………………………………………………...46
4.1. Методики расчета теплофизических параметров термоэлектрических устройств……………………………………………………………………………48
4.1.1. Оптимизация приближенных методик расчета параметров термоэлектрических устройств………………...………………………………48
4.1.2. Методика расчета теплофизических параметров реальных термоэлектрических устройств……………………………………...…………53
4.2 Оптимизация конструкции термоэлектрических охлаждающих устройств…………………………………………………………………………....62
4.2.1. Методика расчета оптимальной высоты теплопровода по параметру разность температур……………..………………………………………….…..64
4.2.2. Оптимизация высоты теплопровода по параметру потребляемая мощность………………………………………………………...………………69
4.3. Технология и исследование омических контактов к термоэлементам……..72
4.4. Технология применения и исследование контактных материалов…………77
4.5. Основные результаты ………………….……………………………………...78
Заключение……..……………………………..……………………………….........81
Литература……………………………………..……………………………………84
Литература
1. Кириллин В.А. 'Энергетика. Главные проблемы' - Москва: 'Знание', 2010г - с.128
2. Сероклинов Г.В., Гунько А.В. Информационные технологии при исследовании изменения биопотенциала растений от действия температуры // Актуальные проблемы электронного приборостроения (АПЭП-2014): труды XII международной конференции, 2–4 октября 2014 г.: в 7 т. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2014. – Т. 7. – C. 72–75.
3. Сероклинов Г.В. Задачи автоматизации экспериментальных исследований сложных биофизических объектов // Методы и технические средства исследований физических процессов в сельском хозяйстве / Сибирский физико- технический институт аграрных проблем. – Новосибирск, 2009. – С. 46–53.
4. Сероклинов Г.В., Савченко О.Ф., Андреев А.Ю. Методология исследования объектов сельскохозяйственного производства на основе виртуальных средств измерений // Информационные технологии, информационные измерительные системы и приборы в исследовании сельскохозяйственных процессов: материалы Международной научно-практической конференции «Агро- инфо-2011». – Новосибирск, 2003. – С. 252–256.
5. Юркевич В.Д. Синтез систем стабилизации для неаффинных по управлению нелинейных динамических объектов на основе формирования разно- темповых процессов // XII Всероссийское совещание по проблемам управления ВСПУ-2014, Москва, 16–19 июня 2014 г.: труды. – М.: Ин-т проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН, 2014. – С. 353–363.
6. Покорный Е.Г., Щербина А.Г. Расчет полупроводниковых охлаждающихся устройств. – Л.: Наука, 1969. – 204 с.
7. Соловьев А.Л. Параметрический синтез регуляторов с широтно- импульсной модуляцией по методу разделения движений: 05.13.01. – Новосибирск, 2002. – 190 л
8. Осипов Э.В., Борисенко В.Д. Твердотельные криогенные охладите-ли./Зарубежная электронная техника, 1975, № 7(103). - 80 с.
9. Зейсканд Д.А. Термоэлектрические холодильники для электронного ох лаждения приборов./Электроника, I960, № 17, с.39-45.
10. Разработка термо- и холодильных камер с использованием эффекта Пельтье. Отчет о ЕОИР (закл.) / МИЭТ. Рук. Штерн Ю.И., отв. исп. Мар ков Ф.В. - «936-ГБ-53-МП-МВ». Г.р. № 01980002727. Инв. № 02200002993, 1999.-61 с.
11. Разработка и модернизация лабораторных термоэлектрических прибо ров для теплофизических исследований различных объектов. Отчет о НИР (закл.) / МИЭТ. Рук. Штерн Ю.И., отв.исп. Марков Ф.В. -«71-ГБ-53-МВ». Г.р. № 1990008150. Инв. № 02200003451, 1999.-24 с.
12. Разработка и изготовление экологически чистых термоэлектрических приборов и оборудования: кондиционеров, медико-биологических при боров и холодильников бытового и промышленного назначения. Отчет о НИР (закл.) / МИЭТ. Рук. Штерн Ю.И., отв.исп. Марков Ф.В. -«838-ГБ-53-Э-МВ». Г.р. № 01970009882. Инв. № 02200002298, 1999. - 33 с.
13. Разработка и исследование перспективных многокомпонентных полу проводниковых материалов для устройств термостатирования, конди ционирования и охлаждения бытового и промышленного назначения. Отчет о НИР (закл.) / МИЭТ. Рук. Штерн Ю.И., отв.исп. Марков Ф.В. - «630-ГБ-53-Б-МВ». Г.р. № 01960008767. Инв. № 02990000003, 1998. - 52с.
14. Термоэлектрическое охлаждение. / А.Ф.Иоффе, Л.С.Стильбанс, Е.К.Иорданишвили, Т.С.Ставицкая. - М.-Л.: АН СССР, 1956. -110с.
15. Введение в правовую охрану и хозяйственный оборот экологически чистых термо- и холодильных камер с использованием эффекта Пельтье. Отчет о НИР (закл.) / МИЭТ. Рук. Штерн Ю.И., отв.исп. Марков Ф.В. - «79-ГБ-53-ИС-МФХ». Г.р. № 01990010878. Инв. № 02200002296, 1999.- 16 с.
16. Иоффе А.Ф. Полупроводниковые термоэлементы. - М.-Л.: АН СССР, Институт полупроводников, 1956. - 104 с.
17. Гольцман Б.М., Кудинов В.А., Смирнов И.А. Полупроводниковые тер моэлектрические материалы на основе В12Тез, . - М.: Наука, 1972. - 320 с.
18. Попель О.С., Фрид С.Е., Коломиец Ю.Г. и др. Атлас ресурсов солнечной энергии на территории России. – М.: Изд-во МФТИ, 2010. – 83 с.
19. Челяев В. Ф. Солнечная энергетика – энергетика будущего // Энергия: экономика, техника, экология", № 10, 2008. - С.14-18.
20. Шипулина Ю.В., Руденко М.Ф., Каримов М.Ш. Аналитические исследования концентраторов солнечной энергии с поглощающей поверхностью треугольной формы для морских и береговых энергетических комплексов // Вестник АГТУ. Сер. Морская техника и технологии. - 2012.- №1.
21. Элемент Пельтье [Электронный ресурс] // Википедия. – URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BC%D0%B5% D0%BD%D1%82_%D0%9F%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D1%82%D1%8C%D 0%B5 (дата обращения: 07.03.2023).
22. Анатычук Л.И. Современное состояние и некоторые перспективы термоэлектричества // Термоэлектричество. – 2007. - №2.
На холодный спай исследуемого термоэлектрического устройства устанавливается теплопровод со встроенным Рt датчиком температуры, нагрузочный элемент, представляющий термоэлектрический модуль, горячий спай которого является нагрузкой исследуемого устройства. Провода питания исследуемого термоэлектрического устройства и нагрузочного элемента выведены на силовой разъем, а провода Pt датчика холодного спая на сигнальный. Все датчики установлены в термостате и подключены по четырехпроводной схеме.
Блок управления и стабилизации температуры горячего спая состоит из: блока питания; блока измерения и индикации температуры горячего спая исследуемого термоэлектрического устройства и схемы управления.