Методики расчета и выбора параметров термоэлектрических термостатов

• Автор: Тахистов, Филипп Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 174 с. : ил.

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ

1.1 РАЗВИТИЕ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ОХЛАЖДЕНИЯ

1.1.1 Термоэлектрические эффекты

1.1.2 Термоэлектрические материалы

1.1.3 Термоэлектрические устройства

1.2 СТАЦИОНАРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ТЕРМОСТАТОВ

1.2.1 Стационарная модель термоэлектрического термостата

1.2.2 Особенности тепловой модели ТНК

1.2.3 Расчет параметров ТЭТ

1.3 ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ПОЛЯ ЭЛЕМЕНТОВ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ

1.3.1 Постановка задачи
1.3.2 Методы расчета температурного поля пластины
1.4 МЕТОДЫ РАСЧЕТА И ОПТИМИЗАЦИИ ТЭМ И ТЭТ
1.4.1 Простейшая модель термоэлемента
1.4.2 Модель термоэлемента с приближенным учетом теплоты Томсона
1.4.3 Численный метод расчета ТЭМ с учетом температурных зависимостей термоэлектрических свойств
1.4.4 Оптимизация ТЭМ и ТЭТ
1.5 НЕСТАЦИОНАРНОЕ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ГЛАВА 2. МОДЕЛЬ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТЕРМОСТАТА С НЕИЗОТЕРМИЧЕСКОЙ КАМЕРОЙ
2.1 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
2.2 ТЕПЛОВАЯ МОДЕЛЬ ТНК
2.3 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ТИК
2.4 РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ТНК
2.4.1 Температура объекта
2.4.2 Коэффициент теплоотдачи внутри камеры при естественноконвективном теплообмене
2.4.3 Коэффициент теплоотдачи внутри камеры при вынужденноконвективном теплообмене
2.4.4 Коэффициент теплоотдачи излучением
2.4.5 Тепловое сопротивление теплоизоляции и эффективная теплоемкость стенок камеры
2.4.6 Определение тепло- и холодопроизводительности ТЭМ
2.5 РЕАЛИЗАЦИЯ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ТНК

2.5.1 Расчет уравнения теплопроводности стенок камеры
2.5.2 Реализация численного решения уравнения теплопроводности
ветвей ТЭМ
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ГЛАВА 3. РАСЧЕТ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ
ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ
3.1 МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ
3.2 ДВУМЕРНАЯ МОДЕЛЬ С ГРАНИЧНЫМ УСЛОВИЕМ III РОДА
3.2.1 Расчетная схема переменных направлений
3.2.2 Результаты расчета коэффициента неравномерности
3.3 ТРЕХМЕРНАЯ МОДЕЛЬ С ГРАНИЧНЫМ УСЛОВИЕМ III РОДА
3.3.1 Расчетная схема стабилизирующей поправки Дугласа
3.3.2 Результаты расчета коэффициента неравномерности
3.4 ТРЕХМЕРНАЯ МОДЕЛЬ С ГРАНИЧНЫМ УСЛОВИЕМ I РОДА
3.4.1 Расчетная схема
3.4.2 Результаты расчета коэффициента неравномерности
3.5 ВЫБОР РАЗМЕРНОСТИ МОДЕЛИ РАСЧЕТА
3.5.1 Критерий достаточности использования двухмерной модели
3.5.2 Выбор модели расчета теплового сопротивления на примере керамической пластины ТЭМ
3.6 РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТОВ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ КАМЕРЫ ТЕРМОСТАТА
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ГЛАВА 4. РАСЧЕТ НЕКОТОРЫХ ПАРАМЕТРОВ
ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ТЕРМОСТАТОВ
4.1 РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ТЭМ С УЧЕТОМ ТЕМПЕРАТУРНЫХ
ЗАВИС ИМОСТЕЙ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
4.1.1 Приближенное аналитическое решение
4.1.2 Численное решение
4.1.3 Сравнительные результаты расчетов параметров ТЭМ
4.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАКСИМАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СБОРКИ “ТЭМ-РАДИАТОР”
4.2.1 Постановка задачи
4.2.2 Режим максимальной холодильной мощности
4.2.3 Режим максимальной разности температур
4.3 НЕСТАЦИОНАРНАЯМОДЕЛЬ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО УСТРОЙСТВА
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ГЛАВА 5. РАСЧЕТНЫЕ МЕТОДИКИ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТЕРМОСТАТА С НЕИЗОТЕРМИЧЕСКОЙ КАМЕРОЙ
5.1 МЕТОДИКА РАСЧЕТА ТНК
5.2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА

5.2.1 Условия и порядок экспериментальной проверки
5.2.2 Результаты экспериментальной проверки
5.3 АНАЛИЗ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ ТНК
5.4 ПОГРЕШНОСТЬ ТЕРМОСТАТИРОВАНИЯ ТНК
5.4.1 Уменьшение погрешности термостатирования
5.4.2 Статическая погрешность - влияние местоположения датчика
5.4.3 Динамическая погрешность термостатирования
5.5 МЕТОДИКА ВЫБОРА ПАРАМЕТРОВ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТЕРМОСТАТА С НЕИЗОТЕРМИЧЕСКОЙ КАМЕРОЙ
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ И. ПЕРЕЧЕНЬ ОПУБЛИКОВАННЫХ ТРУДОВ ПО
ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
ПРИЛОЖЕНИЕ 12. ДОКУМЕНТЫ ОБ ИСПОЛЬЗОВАНИИ
МАТЕРИАЛОВ ДИССЕРТАЦИИ

тепловое сопротивление наружного корпуса,

k0IP г 'т л
Лкогр bextl Lext2
Sins, 4оф - толщина слоя теплоизоляции, корпуса,
^ins, k-orp _ теплопроводность материала изоляции, корпуса,

- тепловое сопротивление теплоотдачи наружного корпуса,

aext '^exti ‘Lext2
aex( - коэффициент теплоотдачи на наружной поверхности корпуса.
Коэффициент теплопередачи изоляции (Вт/(м2 К)) [51] в уравнении (2.12) определяется площадью стенки и полным тепловым сопротивлением изоляции стенки:
1 (2.33)
Rins 'Lcarnj -Lcam2
Эффективная теплоемкость стенок камеры [39] Ссф рассчитывается в соответствии с изменением температуры стенок камеры Tst, изоляции Tms, наружного корпуса Tkorp, исходя из следующего соотношения теплового баланса:
dTs,

Г' —1st _ г" dTst uiins , г'
Leff + Lins + L
dT;ns c dTkorp _ dTst dt korP’ dx st' dx in
Tst + (Ta-Tst)
0.5-Rs,
Ra +^korp +Rins

- + C
Tst+(Ta -Tgt)-
korp'
0-S'Rkorp +Rins Ra Rkorp "*”Rins

(2.34)
где Ci„s и Ckorp - действительные теплоемкости теплоизоляции и корпуса.
Эффективная теплоемкость стенок камеры равна.
Ceff _ Cst +Cjns •
j__ 0.5-Rins
Ra + ^ Rins

0.5 • Rkorp + R;ns
4 Ra + Rkorp+Rjns
(2.35)