Моделирование тепловых полей в пространственно-неоднородных термоэлектрических структурах

• Автор: Нефедова, Ирина Александровна
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 122 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ТЕНДЕНЦИИ В ОБЛАСТИ УВЕЛИЧЕНИЯ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДОБРОТНОСТИ

1Л. Анализ исследований в области термоэлектрических наноструктур

1.2. Обзор литературы по исследованию метода искрового плазменного спекания для создания объемных нанокристаллических термоэлектриков

1.3. Выбор термоэлектрического материала для исследования

1.4. Моделирование процесса искрового плазменного спекания для получения материалов с улучшенной термоэлектрической добротностью

1.5. Нелинейные и нелокальные термоэлектрические явления

1.6. Выводы по главе

ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ИСКРОВОГО ПЛАЗМЕННОГО СПЕКАНИЯ НА МАКРОУРОВНЕ

2.1. Моделирование температурных полей в рабочей зоне установки искрового плазменного спекания
2.2. Сравнение результатов моделирования с экспериментом
2.3. Подбор оптимальной матрицы пресс-формы установки искрового плазменного спекания
2.4. Выводы по главе
ГЛАВА 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ИСКРОВОГО ПЛАЗМЕННОГО СПЕКАНИЯ НА УРОВНЕ НАНОЧАСТИЦ
3.1. Моделирование температурных полей в системе «два зерна: два усеченных конуса»
И 1, I у! I

3.2. Моделирование температурных полей в системе «цепочка усеченных конусов»
3.3. Сравнение результатов моделирования с экспериментом
3.4. Выводы по главе
ГЛАВА 4. ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ ПРОЯВЛЕНИЯ НЕЛИНЕЙНЫХ И НЕЛОКАЛЬНЫХ ЯВЛЕНИЙ
4.1. Исследование явлений на границе контакта «конус-пластина.
4.2. Исследование явлений на границе контакта «две пластины»..
4.3. Исследование возможности появления эффекта Бенедикса в модели «пластина с перемычкой»
4.4. Возможность проявления нелинейных явлений в модели «цепочка конусов»
4.5. Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы диссертации. Современная энергетика развивается в двух направлениях: усовершенствование традиционных способов преобразования энергии и активные исследования в области альтернативной энергетики (гелио-, гидро- и геотермальная энергетика, биотопливо и др.). Вопросы производства энергии неразрывно связаны с проблемами неблагоприятного воздействия на окружающую среду. Так, например, токсичные выбросы промышленных предприятий приводят к загрязнению атмосферы и водоемов, разрушению озонового слоя. Вследствие образования так называемых «озоновых дыр» усиливается вредное воздействие ультрафиолетового излучения на живые организмы, а также возникает «парниковый эффект», который приводит к изменению климата Земли. Поэтому экологическая безопасность методов производства, преобразования и использования энергии - фактор весьма значимый.
На развитие современной холодильной техники значительно повлияло подписание Монреальского протокола по веществам, разрушающим озоновый слой, и Киотского протокола в дополнение к Рамочной конвенции ООН об изменении климата. Эти документы, кроме всего прочего, ставят своей целью ограничение производства и использования
хлорфторуглеродов, применяемых в качестве хладагентов [30,27]. Поэтому в настоящее время одним из приоритетных направлений развития низкотемпературной техники в части повышения экологической безопасности холодильных систем является переход на природные хладагенты [10]. Еще одним направлением исследований в этой области является усовершенствование энергетической эффективности

Для этого была рассмотрена упрощенная модель спекаемого образца в цилиндрической матрице пресс-формы (рисунок 10 и рисунок 11).
Рисунок 11 - Геометрические размеры исследуемого образца Создание компьютерной модели состоит из следующих этапов:
1) выбор уравнений, описывающих физические явления, происходящие в исследуемом процессе;
2) построение заданной геометрии;
3) задание начальных и граничных условий;
4) построение сетки так называемого «решателя» и выбор выводимых в результате расчета величин;
5) выбор представления получаемых результатов (графики, рисунки). Геометрические параметры матрицы пресс-формы были аналогичны
использовавшимся в работе [79]: диаметр цилиндрической матрицы пресс-формы составлял 20 мм, а высота- 4 мм. В качестве материала, из которого изготовлен образец, был выбран хорошо изученный В12Те3. К образцу
Термопара
Электрод г*
Рисунок 10 -• Рабочая область установки [79]
20 мм