1

1-I-I i rr I I I I I I Ц-i 1 ] I I I I I I I X

Коэффициент теплопроводности, Вт/см-К

Отношение площади поперечного сечения к длине, см

I I 111111111

I I I Ч I II I I I I I I III I J 1 I I I i п i I I I 1 to от 00 Iq, ю *

m *л

Удельное сопротивление, Ом c.i /

iiii

rm -о oi

I I IPIH III I I I il

I Ill ИЩ 1 1 Ц! 14 I 114 1 I llll-1

I Сопротивление, Ом

1-. ц<

Разность температур, К

iiiiiiiiiiiiiiiiii

mi 111

llllllllMlllllll

8i>

illlilil I I I mil iii1iiiiiiiii1ii I I 1 I........nmiiii i 1 I I i

200 от *. э gooот.t Ю 500OT*.

Отношение площади поперечного сечения к длине, см

ГГртТП N3

ттт~СЛ 0

S5>

о п

Максимальная разность температур, К

f 111 цигц m Ц11цц1 I о1

1 111111Ц I

<

у 5l to WJU1OTOO 33=

Теплопроводность, Вт/ К

Miiii О о

Холодильный коэффи1,

S .IS-

я ЦЭ

о о п> я

S г:

г- О

-> Q о

< S

о -i

о 2 о ш о

x -i

о г

Ь JS

р-п-

I I Ч I I I I Н III I

5 00 о>

Длина, см

1-1-I I М I Ч I I I--I I I 11 1 III тпт-1\ I I I I I 111111М1-1-г

Отношение площади поперечного сечения к длине, см

Диаметр, см V

Oi 00

I 1111. М Mlllljl 11.11 л lllllllllll Il 1/ 1.1м/

11 II I h Il 1111 III-т -

Площадь поперечного сечения, см

I I I I I I м 111 I I I I 1 I I I чIII11 I I I I I I I I J I I ......

Термоэлектрическая добротность материала

со Л. 01

I.......III I I 111111I I I 11111 I I

ю 4 m 00 sj

Термоэлектрическая добротность преобразователя

1I11I1111II1

о о о о о 5->

о о о о от

g S 2

Относительная величина сопротивления сп

tE 1Я ТЭ

о S о 5-3

г-1 г-1 111.....1 1 I I I I

Коэффициент Зеебека, мкВ/К

I I I

§

Iliii

ts7 to to OJ\ to Л. 00 О I

Температура холодного спая, К

I ЧЧЧ I I

I I I tlllHi

I 1 М1Ч

тгтг

I I 14

Ток, обеспечивающий максимальную холодопроизводительность, А

Г11111

<<< 111

ггтр

Сопротивление, Ом

Ч111Ч со

1111111

Максимальная разность температур, cnjCototo - -

✓о оослосп о \ сл

I ..... 1.........I . i . I 1 I л I-I L

-птт

I I imi-г

I III IJ г

imiiii I 1 I 1IHIII о о

11111111 о

Ток, обеспечивающий максимальный холодильиый коэффициент, А

Г I I 11 , I I I Ill I I I чимч, I I Il I I I ч ;

ш Ток, обеспечивающий максимальную холодопроизводительность, А

значения щ для режима максимального холодильного коэффициента и максимальной холодопроизводительности соответственно.

Номограммой 5 по известному коэффициенту теплопроводности и найденной теплопроводности термоэлемента определяется отношение геометрических размеров sfl. Величины s и / задаются дополнительно исходя из конструктивных или иных требований.

Номограммой 6 по найденному отношению s и известному удельному сопротивлению материала определяется сопротивление термоэлемента.

Номограммой 7 определяется ток, обеспечивающий максимальную холодопроизводительность. Линия 1 построена по значениям термоЭДС пары полуэлементоаср = oif - 2 и заданной температуре спая. Ее пересечение со вспомогательной линией образует точку, через которую проходят линии 2 и 2, соответствующие двум режимам работы. Вторая точка прямых 2, 2 определяется по шкале сопротивления термоэлемента. Пересечение этих линий со шкалой оптимального тока определяет его значение.

Номограммой 8 определяется ток, обеспечивающий максимальный холодильный коэффициент. Линия 1 образована значениями ДГ

и ДГ

Ее пересечение со вспомогательной линией образует точ-

ку для построения линии 2 совместно со значением на шкале тока максимальной холодопроизводительности.

Номограммой 9 по заданной площади поперечного сечения определяется длина термоэлемента или по заданной длине - площадь поперечного сечения термоэлемента.

Номограммой 10 при известных сопротивлениях термоэлемента и сопротивлениях контактов уточняется уменьшение эффективного значения добротности Z, ранее ориентировочно взятое равным 10% рассчитанного значения Z. В случае необходимости расчет по номограммам повторяют при уточненных значениях добротности. На номограмме, в отличие от формул (IV.21) - (iV.27), использовано контактное сопротивление одной ветви, т. е. 0,5л.

Номограммы для инженерного расчета термоэлектрических охлаждающих устройств приведены в работах [42, 62].

5. Учет теплообмена на спаях

В упрощенных расчетах предполагаются известными температуры горячего и холодного спаев термоэлемента. В реальных условиях чаще всего известны температуры сред, окружающих горячий и холодный спаи, температуры самих спаев зависят от теплообмена со средами. Учет теплообмена существенно усложняет задачу определения как максимального холодильного коэффициента, так и оптимальных параметров конструкции термоэлемента.

Найдены выражения для холодильных коэффициентов [14, 35, 44, 47, 50] и предложена методика расчета холодильников с учетом теплообмена [3, 4]. Для удобства расчетов [33, 34] введены безразмерные комплексы. Выражение для холодильного коэффициента в безразмерных комплексах записывается в виде

e*-P*(8*V-f 1)

(e*v+l)(a+l)P* + vaP*+l

(IV.29)

ve;-vV2-Ae

Aa IlNj. 1

V = ----безразмерная плотность тока 6* = - , Bi =

XflS B.I

= -критерий Био (безразмернагя длина термоэлемента), с

= tto/Oi - отношение теплоотдачи на горячих спаях к теплоотдаче на холодных, 61= Zr - безразмерная температура охлаждаемой среды, Дв=;Z (Гц-rj)-безразмерный перепад температуры между средами, 2 - термоэлектрическая добротность, Аа=

средний коэффициент термоЭДС материалов ветвей термопары, тэ ~ количество термоэлементов (если используется термобатарея),

-Г+т- s=Si7s2) S-площадь термобатареи, Kj, oj-

коэффициенты теплоотдачи, приведенные к площади термобатареи на холодных и горячих спаях (коэффициентами учитываются все тепловые потери при переносе тепла от холодных и горячих спаев, наличие радиаторов и др.), Qo -тепло, поглощаемое на холодных спаях. Безразмерная холодопроизводительность с единицы площади

Ks-, J?,°-тИ безразмерная холодопроизводительность oS(o~i)

с единицы объема Kv= , .>2 in--?V определяются по фор-

( о)- f (i о - Ч)

мулам

узр* - у2 (2р* + 26;р* + 1) + 2уе; - 2А& 2Д61 [-уор* + у (а - I) + (а + 1 + I /Р*)1

ysp* - у2 (2р* -f 2е;р* +1) + 2уе; - где

(IV.30) (IV.31)

-р- [ v2ap* + у (а 1) + (а + 1 + 1 /р*)]

где 0 5=5/. Разработана методика расчета для трех случаев.

А. Заданы: холодопроизводительность, температуры охлаждаемых и теплоотводящих сред, коэффициенты теплоотдачи и длина термоэлементов. Необходимо найти площадь термобатареи и ток питания, при которых достигается максимальный холодильный коэффициент. Решение находится в такой последовательности:

определяются Р*, в/, Дв по известным параметрам материалов и заданным Г/ и ДГ;

рассчитываются у, yj и Р* по формулам Дв

>1 + в; + дв/2-1

1 2Ае \ 4(Дв)а

4(ei+l).

(IV.32)

(IV.33)