Моделирование и оптимизация термоэлектрических пленочных преобразователей

• Автор: Сатин, Валерий Александрович
• Шифр специальности: 05.14.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 178 с.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1.Особенности течения тепловых процессов в термоэлектрических пленочных преобразователях.
1.1.Обзор развития термоэлектрических пленочных преобразователей и методов их расчета
1.2.0 тепловых процессах в термоэлектрических пленочных преобразователях
1.3.Выводы и задачи исследования
2. Моделирование тепловых процессов в термоэлектрических пленочных преобразователях.
2.1.Уравнение теплового баланса для пленочного термоэлектрического измерителя тепловых потоков
2.2.Расчет температурного перепада и основных характеристик в пленочном термоэлектрическом измерителе тепловых потоков
2.3.Расчет энергетических характеристик пленочного термоэлектрического генератора слабых токов
2.4.Выводы
3. Оптимизация температурных параметров и рациональный выбор конструкции пленочных термоэлектрических преобразователей (ТПП).
3.1. Расчет оптимальных параметров ТПП для измерения периодически изменяющихся тепловых потоков
3.2. Влияние различных факторов на оптимальную длину ветви ТПП
3.3. Расчет оптимальных параметров пленочных термоэлектрических генераторов
3.4. Выводы
4. Выбор материалов для изготовления ТПП.
4.1. Выбор материалов изолирующей прослойки
4.2. Выбор термоэлектрических материалов
4.3. Влияние свойств термоэлектрических материалов на величину вольтваттной чувствительности
4.4. Выбор материалов для поглощающих покрытий
4.5. Выводы
5. Экспериментальные исследования пленочных термоэлектрических преобразователей.
5.1. Методика изготовления экспериментальных образцов пленочных преобразователей
5.2. Экспериментальные исследования пленочных термоэлектрических измерителей лучистых потоков
5.3. Исследования по снижению постоянной времени
5.4. Экспериментальное исследование температурного режима работы ПТЭП
5.5. Исследование зональной чувствительности ПТЭП
5.6. Экспериментальные исследования пленочного термогенератора слабых токов
5.7. Выводы
Заключение
Список использованных источников Приложение

ВВЕДЕН ИЕ
Актуальность темы. Термоэлектрические преобразователи (ТП) , обладающие простотой конструкции и надежностью, находят широкое применение в различных отраслях промышленности. В приборостроении ТП используются в качестве чувствительных элементов дистанционных измерителей тепловых потоков. Улучшение теплофизических параметров таких измерителей связано как с уменьшением их габаритно-массовых характеристик, так и повышением эффективности термоэлектрических материалов. Это достигается применением в качестве ТП пленочных структур. Пленочные ТП можно использовать также в качестве слаботочных термогенераторов в гелиоэнергетических установках, где возможна большая концентрация энергии на малой площадке.
Однако известные в настоящее время пленочные ТП для тепло физического приборостроения не превосходят еще по своим параметрам характеристики массивных ТП, что связано, на наш взгляд, с недооценкой современных достижений микроэлектроники, неправильным выбором материалов и размеров таких преобразователей. Правильный выбор материалов и размеров связан прежде всего с анализом тепловых процессов, протекающих в пленочных структурах ТП, что позволяет полнее использовать их преимущества. Применение же термоэлектрических пленочных структур для гелиоэнергетики находится пока в стадии обсуждения и научных экспериментов.
Таким образом, исследование теплофизических параметров измерительных пленочных ТП и пленочных термогенераторов и создание на этой основе эффективных устройств является актуальной задачей.
Диссертационная работа выполнялась по комплексному плану научно-исследовательских работ Воронежского политехнического

Рассмотрим вначале ПТЭП для измерения периодически изменяющихся тепловых потоков. Предположим, что тепловой поток воспринимаемый ПТЭП, синусоидально модулирован с частотой ґ , тогда имеем выражение для величины поглощенного теплового потока „і = п2 = є о 8’рехр(і(йт) , (2.13)
где є - коэффициент поглощения приемной площадки; \>о -плотность падающего теплового потока ; т - время ; 8*р - площадь
приемной площадки ; і = лРТ , ш =2п{
В случае поглощения теплового потока всей площадкой
пр! = іФші »
пр2 - рпл (2.14)
Количество тепла , накапливаемого в приемной площадке ПТЭП
можно определить как "ні с„ гп (2.15)
= ’ (2.16)
Сп ~ СпРп„ + СплРплпл > (2.17)
СР = срРЛ+сдяРп«8ш (2.18)
ПЛ ПЛПЛ ’ (2.19)
где сп , ср , сга - удельные теплоёмкости материала п -, и р
ветвей и подложки соответственно: рп , рр , - плотность
материала п-,и р- ветвей и подложки соответственно
Потери воспринимаемого тепла по термоэлектрическим ветвям и подложке за счет теплопроводности можно определить из закона Фурье получим
ЗУТ, =-Х* -г- +
"V ах2 ду
(2.20)