Термоэлектрические теплообменные аппараты рекуперативного типа с тепловыми мостиками

• Автор: Казумов, Ревшан Шихович
• Шифр специальности: 05.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Махачкала
• Количество страниц: 133 с. : ил.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
ММ - математическая модель
ТЭ - термоэлемент
ТЭМ - термоэлектрический модуль
ТЭБ - термоэлектрическая батарея
ТЭУ - термоэлектрическое устройство
ТЭИТ - термоэлектрический интенсификатор теплопередачи
ТЭГ - термоэлектрический генератор
ТЭС - термоэлектрическая система
ТЭТЫ - термоэлектрический тепловой насос
ТЭХМ - термоэлектрическая холодильная машина
ЭКПЭ - эксергетический коэффициент преобразования энергии
РЭА - радиоэлектронная аппаратура

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Состояние и перспективы развития термоэлектрической техники
1.2. Области применения термоэлектрических преобразователей энергии в различных отраслях производства
1.3. Классификация теплообменных аппаратов. Способы интенсификации теплопередачи в теплообменных аппаратах и перспективы использования для этих целей термоэлектрических преобразователей
1.4. Постановка задач исследования
2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ РЕКУПЕРАТИВНОГО ТИПА С ТЕПЛОВЫМИ МОСТИКАМИ
2.1. Математическая модель термоэлектрического теплообменного аппарата с тепловыми мостиками для условий прямотока теплоносителей
2.2. Математическая модель термоэлектрического теплообменного аппарата с тепловыми мостиками для условий противотока теплоносителей
2.3. Результаты численного эксперимента
2.4. Эксергетическая оценка эффективности термоэлектрического теплообменного аппарата с тепловыми мостиками
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ РЕКУПЕРАТИВНОГО ТИПА С ТЕПЛОВЫМИ МОСТИКАМИ
3.1. Описание стенда и методики проведения испытаний
3.2. Результаты экспериментальных исследований
3.3. Оценка погрешностей измерений
4. ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ РЕКУПЕРАТИВНОГО ТИПА С ТЕПЛОВЫМИ МОСТИКАМИ И УСТРОЙСТВА НА ИХ ОСНОВЕ
4.1. Термоэлектрический теплообменный аппарат рекуперативного типа с тепловыми мостиками
4.2. Термоэлектрический теплообменный аппарат с рассредоточенной термоэлектрической батареей
4.3. Термоэлектрическая система кондиционирования воздуха для легкового автотранспорта
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
На данном этапе развития науки и техники задачи исследования специальных средств для обеспечения интенсивной теплопередачи от источников с высокими тепловыми нагрузками, создание принципиально новых высокоэффективных систем охлаждения и термостабилизации, отвечающих специфическим требованиям проектирования теплообменных аппаратов, обладающих улучшенными характеристикми, являются все более насущными и актуальными. Это связано с насыщением мирового рынка новыми техническими средствами, обладающими большими функциональными возможностями и высоким быстродействием, но характеризующимися повышенным значением удельных тепловых перегрузок и перегревов, что сказывается на надежности их работы.
Одним из перспективных направлений при создании систем охлаждения и термостабилизации аппаратуры является использование полупроводниковых термоэлектрических преобразователей, обеспечивающих построение экономичных, малогабаритных холодильников и стабилизаторов температуры с широкими функциональными возможностями по поддержанию заданного теплового режима.
Термоэлектрическое приборостроение является одной из наиболее быстро развивающихся отраслей народного хозяйства как у нас в стране, так и за рубежом. Теория энергетического применения термоэлектрических явлений, созданная в результате известных работ академика А.Ф. Иоффе и его сотрудников [20], открыла широкие возможности для использования полупроводниковых термоэлектрических охлаждающих и нагревательных устройств. За последние десятилетия эта отрасль получила особенно значительное развитие, поскольку появилась реальная возможность создавать малогабаритные устройства для охлаждения и стабилизации аппаратуры. Поэтому разработка и всестороннее исследование термоэлектрических

является использованием теплообменных аппаратов рекуперативного типа. Поэтому остановимся подробнее на их рассмотрении.
В настоящее время в промышленности применяются металлические и керамические рекуператоры [31]. Металлические теплообменные аппараты рекуперативного типа подразделяются на игольчатые, чугунно-стальные, рекуператоры из гладких стальных труб и радиационные рекуператоры.
Игольчатые рекуператоры собираются из стандартных игольчатых чугунных труб. Иглы на трубах способствуют интенсификации теплообмена за счет развития тепловоспринимающей поверхности и увеличения коэффициента теплопередачи. В результате теплообменные аппараты этого типа являются компактными с минимальным расходом металла на единицу переданной теплоты. Основным элементом игольчатых рекуператоров являются игольчатые трубы, которые выполняются с наружной гладкой и внутренней игольчатой поверхностью, с наружной игольчатой и внутренней игольчатой поверхностью. Недостатком игольчатых теплообменных аппаратов рекуперативного типа является их низкая газоплотность. С увеличением числа труб в рекуператоре газоплотность ухудшается.
В чугунно-стальных рекуператорах греющий и нагреваемый теплоноситель движутся по трубам, расположенным перпендикулярно друг другу, пространство между ними занято чугуном. Большим преимуществом таких теплообменных аппаратов является их высокая устойчивость к местным перегревам. Это объясняется тем, что отливка выполнена из материала, имеющего высокий коэффициент теплопроводности, и тепло хорошо распространяется по всей массе. Недостатком чугунно-стальных теплообменных аппаратов рекуперативного типа является их большая масса. Поэтому их использование целесообразно на установках малой мощности.
Рекуператоры из гладких стальных труб обычно выполняются цельносварными, они являются достаточно газоплотными. Рекуператоры такой конструкции хорошо работают при относительно коротких трубах и невысоких температурах стенок.