Моделирование и оптимизация термоэлектрических охлаждающих устройств

• Автор: Ромащенко, Михаил Александрович
• Шифр специальности: 05.13.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 146 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
1. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ ОХЛАЖДЕНИЯ РЭС НА ОСНОВЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ И ОПТИМИЗАЦИИ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ
1.1 Основные задачи и процедуры проектирования систем охлаждения РЭС с использованием термоэлектрических устройств
1.2 Средства моделирования и оптимизации термоэлектрических охлаждающих устройств в современных САПР РЭС

1.3 Цель и задачи исследования

2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРОЦЕССА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ОХЛАЖДАЮЩИХ УСТРОЙСТВ
2.1 Основные задачи и процедуры проектирования систем охлаждения РЭС с использованием термоэлектрических устройств

2.2 Математические модели параметров и характеристик термоэлектрических устройств

2.2.1 Общая характеристика

2.2.2Получение максимальной холодопроизводительности

2.2.3 Получение максимального холодильного коэффициента

2.2.4 Сравнительная оценка экстремальных режимов
2.2.5 Математическая модель термобатареи охлаждения
2.3 Критерии и оптимизационные модели для проектирования термоэлектрических охлаждающих устройств
2.3.1 Экономичные охладители
2.3.2 Компактные охладители при заданных термоэлементах
2.3.3 Компактные охладители при ограниченном токе
2.3.4 Термобатарея на минимальном токе
2.3.5 Термоэлектрические интенсификаторы теплообмена
2.3.6 Комплексно оптимизированные устройства
2.4 Основные выводы второй главы
3. АЛГОРИТМИЗАЦИЯ ПРОЦЕДУР МОДЕЛИРОВАНИЯ И ОПТИМИЗАЦИИ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ОХЛАЖДАЮЩИХ УСТРОЙСТВ
3.1 Основные процедуры и структура процесса автоматизированного проектирования термоэлектрических охлаждающих устройств
3.2 Алгоритмы моделирования основных параметров и характеристик охлаждающих устройств
3.2.1 Моделирование неэкстремального термоэлектрического охлаждающего устройства
3.2.2 Моделирование термоэлектрического охлаждающего устройства с проектируемым радиатором
3.2.3 Моделирование термоэлектрического охлаждающего устройства с заданным радиатором
3.3 Алгоритмизация процедур оптимизации при проектировании термоэлектрических охлаждающих устройств
3.4 Основные выводы третьей главы
4. РАЗРАБОТКА СРЕДСТВ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПОДСИСТЕМЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ И ОПТИМИЗАЦИИ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ОХЛАЖДАЮЩИХ УСТРОЙСТВ РЭС
4.1 Основные задачи и процедуры проектирования систем охлаждения РЭС с использованием термоэлектрических устройств
4.2 Использование разработанного программного обеспечения для оптимизации термоэлектрического охлаждающего устройства и

анализ его эффективности по результатам внедрения
4.3 Основные выводы четвертой главы ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Публикации, По теме диссертационной работы опубликовано печатных работ, из них в соавторстве и 1 лично соискателем. Основной ход работы изложен в 3 отчетах о НИР. Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников, включающего 1 наименование, 8 приложений. Основная часть работы изложена на 6 страницах, содержит рисунок и 4 таблицы. В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ работы рассмотрены этапы и особенности проектирования термоэлектрических охладителей, особенности термоэлектрических модулей, как объекта проектирования, проведен анализ существующего математического обеспечения современных программных средств проектирования термоэлектрических охлаждающих систем РЭС. Проанализирован состав современных САПР РЭС и отмечены их недостатки, ограничивающие возможность применения для моделирования и оптимизации термоэлектрических систем охлаждения РЭС. Определена необходимость разработки математических моделей термоэлектрических устройств, имеющих простой аналитический вид, обеспечивающих удовлетворяющую для инженерной практики точность , учитывающих все существенные физические процессы, протекающие в модуле Пельтье, работающем в качестве охладителя или термостата, а также методов оптимизации и создания на их базе проблемноориентированного комплекса. Выбраны критерии оптимизации, варьируемые параметры и ограничения, накладываемые на выходные и варьируемые параметры. РЭС. Известные в литературе модели либо громоздки, либо не обеспечивают достаточную точность. Предложен ряд математических моделей, учитывающие различные критерии оптимизации и внешние ограничения модель экономичных термоэлектрических охладителей РЭС, модель компактных охладителей при заданных термоэлементах, модель компактных охладителей работающих при ограниченном токе, модель охладителей работающих на минимальном токе, модель термоэлектрических интенсификаторов теплообмена, модель для комплексно оптимизированных устройств. В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ выбран метод решения задачи нелинейного программирования, к которой сводится задача моделирования и оптимизации термоэлектрических охлаждающих устройств. Как наиболее простой и быстрый выбран метод штрафных функций с уменьшающимся значением параметра штрафа. Для минимизации штрафной функции выбран метод покоординатного спуска. ЧЕТВЕРТАЯ ГЛАВА посвящена описанию программного обеспечения ПО комплекса моделирования и оптимизации термоэлектрических охлаждающих устройств, строящегося на основе предложенных моделей и алгоритмов. ПО имеет модульную структуру, обмен информацией между модулями осуществляется путем использования общих областей памяти. Взаимодействие с внешними приложениями осуществляется путем формирования промежуточных файлов. Основой ПО является головной модуль, который выполняет функции ввода, вывода информации, а также осуществляет взаимодействие между основными программными модулями. Кроме того, головной модуль осуществляет диалоговое взаимодействие с проектировщиком. Рассмотрено применение разработанного ПО при моделировании и оптимизации термоэлектрических охлаждающих устройств, проведен анализ его эффективности по результатам использования. В ЗАКЛЮЧЕНИИ представлены основные результаты диссертационной работы. Термоэлектрическое ТЭ охлаждение завоевало признание во многих отраслях современной техники. Современные радиоэлементы характеризуются малыми габаритами и высокими плотностями выделяющейся в них тепловой энергией, что приводит к необходимости их охлаждения. Многие приборы для обеспечения требуемых характеристик нуждаются в существенном понижении их температуры относительно температуры среды. При этом важнейшие достоинства ТЭ охладителей компактность, малая масса, возможность дозирования холода в сколь угодно малых количествах, независимость работы по ориентации устройства в пространстве, сохранение работоспособности при больших перегрузках и невесомости и др. Так, при температурах охлаждения 0. К и тепловых нагрузках до . Вт ТЭ охладители оказываются вне конкуренции главным образом ввиду отсутствия современных холодильных машин со столь малой холодопроизводительностью.