WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

для I=2А: dT = -1,519 * Qo + 32,5 для I=2A: dT = -1,500 * Qo +30

для I=1А: dT = -1,625 * Qo + 19,5 для I=1A: dT = -1,636 * Qo +18

Подобные аппросимационные характеристики заложены в программу расчета в широком диапазоне температур тепловыделяющих спаев для ТЭМ одно- и двухкаскадного исполнения.

Ниже приведен пример аппроксимации характеристик компрессорно-конденсаторных агрегатjв фирмы Hermetic, использованные при расчетах в диссертационной работе:

для агрегата AEZ2415ZBR: Tкип = 0,0727 * Qo – 49,9;

для агрегата AE1417ZB: Tкип = 0,0588 * Qo – 49,1;

для агрегата CAE2420ZBR: Tкип = 0,0465 * Qo – 48,49.

Методика расчета КТСТ, основанная на решении системы уравнений (1–10)

реализована в виде программного продукте с развитым интерфейсом в среде Visual basic и представляет собой итерационный алгоритм, обеспечивающий сходимость решения при заданных исходных данных по холодопроизводи-ельности, температуре окружающей среды, типоразмеру ПКХМ, количеству и типоразмеру ТЭМ. На основе разработанной методики выполнена серия расчетов, позволяющая проанализировать режимные параметры, рациональные зоны применимости и оптимальные режимы работы КТСТ.

Рис. 5. Зависимость температуры в камере от холодопроизводительности

при применении одно- и двухкаскадных ТЭМ.

На рис.5. показаны зоны рационального применения того или иного технического решения КТСТ. Показано, что в области I (с диапазоном температур –80 до –63°C) наиболее эффективно, с точки зрения достижения минимальных температур в камере, термоэлектрический блок комбинированной системы выполнять на основе двухкаскадных ТЭМ. В области II (с диапазоном температур –63 до –40°C) наиболее низкие температуры в камере термостатирования могут быть получены при использовании однокаскадных модулей в термоэлектрическом блоке. В области III с температурами в рабочей камере, выше –40°C, целесообразно применять однокаскадное охлаждение (как на базе ПКХМ, так и на базе ТЭМ).


а б

Рис. 6. Зависимость температуры в камере от силы тока для комбинированной системы при различных нагрузках: а – с однокаскадными ТЭМ; б – с двухкаскадными ТЭМ.

На рис. 6 приведены примеры расчетов низкотемпературных КТСТ, из которых видно, что оптимальные режимы работы ТЭМ, обеспечивают минимальную температуру в рабочей камере при определенных значениях силы тока питания. При этом видно, система с однокаскадными ТЭМ гораздо чувствительнее к номиналам питания, чем система с двухкаскадными ТЭМ.

Применение ТЭМ в комбинации с ПКХМ при работе по схеме теплового насоса (рис. 2б) позволяет существенно расширить температурный диапазон эффективной работы системы.

Рис. 7. Теплопроизводительность КТСТ в зависимости от условий теплоотдачи со стороны термоэлектрического блока при различных температурах окружающей среды.

На рис. 7 приведены зависимости для теплопроизводительности некоторой КТСТ в диапазоне температур наружного воздуха от 20 до -20 С. Следует отметить, что работа традиционной ПКХМ в режиме теплового насоса при температурах наружного воздуха ниже -5... -10 С практически нецелесообразна, т.к. коэффициент преобразования системы в этих условиях стремится к единице и вырабатываемая тепловая мощность равна энергопотреблению компрессора. Применение ТЭМ в тепловом контакте с испарителем ПКХМ позволяет поднять температуру кипения и существенно увеличить коэффициент преобразования для данных условий эксплуатации.

Рис.8 Зависимость отопительного коэффициента от температуры окружающей среды при различных режимах работы КТСТ в режиме теплового насоса.

На рис. 8 приведены расчетные зависимости коэффициента преобразования конкретной КТСТ от температуры окружающей среды при различной мощности энергопотребребления. Видно, что коэффициент преобразования данной системы заметно превышает единицу даже при низких температурах окружающей среды. Причем величина коэффициента преобразования существенно растет с ростом мощности системы.

Применение ТЭМ в комбинированных системах охлаждения наряду с расширением рабочего температурного диапазона может быть рациональным с позиций поддержания оптимальных параметров в аппаратах системы. В диссертационной работе приведены примеры расчета КТСТ со стабилизацией температуры конденсации ПКХМ, а также схемные решения двухкаскадных ПКХМ со стабилизацией температуры в промежуточных теплообменниках системы. Из опыта проектирования и эксплуатации двухкаскадных ПКХМ известно, что колебания температуры и давления в промежуточных теплообменниках часто приводят к выходу из строя компрессора низкотемпературной ступени системы.

Контактные термические сопротивления на поверхностях сопряжения ТЭМ с теплообменными аппаратами определяют необратимые потери, характерные для систем с применением термоэлектрических преобразователей. Данные потери относятся к внутренним потерям системы, т.е. к такому виду потерь, которые могут быть снижены на этапе проектирования.

tкам, 0С tкам, 0С

k, 10 3 · Вт/(м2 К) k, 10 3 · Вт/(м2 К)

Рис.9. Изменение развиваемой разности температур низкотемпературной КТСТ в зависимости от коэффициента теплопередачи на контактных поверхностях ТЭМ. Здесь k1 – контакт на теплопоглощающей стороне ТЭМ, k2 – контакт на тепловыделяющей стороне ТЭМ.

Расчетные данные на рис. 9 характеризуют влияние качества теплового контакта ТЭМ на характеристики системы в зависимости от направления теплового потока и развиваемой холодопроизводительности. Видно, что снижение коэффициента теплопередачи контакта ниже 4000... 5000 Вт/(м2 К) существенно занижают характеристики системы, что особенно сказывается на тепловыделяющей стороне ТЭМ из-за более высоких плотностей теплового потока.

Экспериментальные исследования КТСТ выполнялись на экспериментальном стенде (рис.10) в два этапа. На первом этапе получена нагрузочная характеристика экспериментального компрессорно-конденсаторного агрегата в соответствии с выражением (9). На втором этапе получены экспериментальные данные по выходу системы на режим при различных мощностях энергопотребления ТЭМ, которые сопоставлены с расчетными характеристиками по аналогии с зависимостями на рис. 6. Расхождение по расчетному и экспериментально полученному перепаду температур в камере относительно окружающей среды не превышает 3% (рис.11).

Результаты диссертационной работы внедрены в нефтехимической и в лакокрасочной промышленности, а также в сертификационных испытательных центрах РФ. На рис.12 приведен общий вид модели испытательного криостата «Миконта-МТ», выполненного по схеме низкотемпературной КТСТ.

Рис. 10. Схема экспериментального стенда и измерительной системы для исследования низкотемпературной КТСТ.

Рис. 11. Пример выхода на стационарный режим и сравнительные экспериментально-расчетные характеристики низкотемпературной КТСТ.


Рис.12. Общий вид и характеристики криостата «Миконта-МТ»

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Показано, что в технике охлаждения и термостатирования существует диапазон температур и производительностей, в котором КТСТ обладают рядом преимуществ перед традиционными системами.

2. Обоснованы и разработаны две группы тепловых схем КТСТ: схемы с расширением температурного диапазона (морозильные камеры и тепловые насосы) и схемы со стабилизацией тепловых режимов в аппаратах системы.

3. Расчет и проектирование КТСТ предложено проводить на базе разработанного программного продукта, реализующего математическую модель, учитывающую характеристики современной элементной базы парокомпрессионных установок и термоэлектрических модулей.

4. Адекватность математической модели и результатов расчетов доказана с помощью натурного эксперимента с низкотемпературной КТСТ на разработанном экспериментальном стенде.

5. Показано, что для низкотемпературных КТСТ характерны оптимальные режимы работы, достигаемые изменением силы тока питания термоэлектрического каскада.

Приведены примеры расчета устройств с минимизацией температуры в рабочей камере.

6. Анализ внешних и внутренних необратимых потерь в элементах КТСТ указывает на возможность повышения их эффективности за счет снижения контактных термических сопротивлений в элементах системы.

7. На основе современной элементной базы построены сравнительные характеристики КТСТ с одно- и двухкаскадными термоэлектрическими блоками в широком диапазоне производительности и температур статирования.

8. Разработаны, изготовлены и внедрены в промышленности опытные образцы КТСТ различной производительности для климатических испытаний образцов продукции.

Основные положения диссертационной работы отражены в следующих публикациях:

1. Сулин А.Б., Богомолов И.Н. Основные расчетные характеристики низкотемпературной комбинированной системы термостатирования – Известия Санкт-Петербургского государственного университета низкотемпературных и пищевых технологий, 2006, №1, с.38–40.

2. Богомолов И.Н., Сулин А.Б. Обоснование тепловых режимов компрессионно-термоэлектрического криостата – Теория и практика разработки и эксплуатации пищевого оборудования, 2007, №1, с.28–33.

3. Сулин А.Б., Богомолов И.Н. Влияние термического сопротивления тепловому контакту на энергетические характеристики комбинированной системы охлаждения – Известия Санкт-Петербургского государственного университета низкотемпературных и пищевых технологий, 2007, №1, с.15–17.

4. Богомолов И.Н., Сулин А.Б. Использование термоэлектрических батарей для стабилизации температуры конденсации в комбинированных системах охлаждения – Материалы III Международной научно-технической конференции «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке», С-Петербург, 2007, с.179–182.

5. Богомолов И.Н. Обоснование эффективных режимов термоэлектрической ступени в гибридных системах охлаждения – Материалы III Всероссийской научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития термоэлектрического приборостроения», Махачкала, 2007, с.19–21.

6. Сулин А.Б., Богомолов И.Н. Схемные решения и характеристики компрессионно-термоэлектрических систем термостатирования – Материалы III Всероссийской научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития термоэлектрического приборостроения», Махачкала, 2007, с.100–102.

7. Богомолов И.Н. Экспериментальные исследования термостатов с комбинированной компрессионно-термоэлектрической системой охлаждения – Материалы V Международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности», С-Петербург, 2008, с. 325–329.

8. Сулин А.Б., Богомолов И.Н. Компрессионно-термоэлектрические термостаты лабораторного назначения – Известия вузов. Приборостроение, №7, 2008, с.65–67.

Pages:     | 1 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»