Главная - Литература

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 [21] 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93

окончательно получим

Сохраняя прежнюю последовательность рассуждений и введя оптимальное отношение сопротивления нагрузки к внутреннему сопротивлению термоэлемента

(4)опт = = 1 \{\-a-b)fzT,., (53)

можно получить зависимость для определения максимально достижимого к. п. д. процесса термоэлектрического преобразования энергии в случае, если as, а и Я, являются функциями температуры, а т =9 0:

"• Гг / [М„ (1 - 6) + 1 - - 2а] • >

Нетрудно доказать, что при условии Ь = 0; / = 1; «5 = п1 = = 0,5; и = -эта формула приводится к ранее выведенной формуле (28).

Остановимся несколько подробнее на вопросе об определении величин долей теплоты Джоуля tij и Томсона п., возвращаемых к горячим спаям р- и п-стержней термоэлемента.

Теоретический анализ распределения температуры и зависимости, устанавливающие величину теплового потока в различных сечениях стержней термоэлементов, позволяют вывести следующие формулы:

j X (Г) j X (Г) р (Г") (IT

I (Яр)(Гг~Гх)-

Ч (Г) dr J X (Г) р (Г) dT

хк (Тг - Txf

Поскольку для большинства полупроводников я, претерпевает не очень существенные изменения при изменении температуры, во многих случаях можно принимать Я, = const и считать

J Тр (Т)

rij ----- \ , (55)



I Tx{T)dT

в некоторых случаях при значениях = 0,5 и близких к ним

можно с достаточной для практики точностью считать, что fij = = 0,640; п,- = 0,500 для полупроводниковых материалов в виде твердых растворов; rij = 0,610; = 0,550 для полупроводниковых материалов в виде кристаллов стехиометрического состава.

Как указывалось ранее, при условии постоянства as, о и % доля теплоты Джоуля, возвращаемая к горячим спаям, fij = = 0,500 *.

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ РАСЧЕТА ОДНОКАСКАДНОГО ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО

ГЕНЕРАТОРА

Термоэлектрические генераторы используются для прямого (безмашинного) преобразования тепловой энергии в электрическую и в зависимости от конкретных технических требований могут быть рассчитаны либо на работу в режиме максимального к. п. д., либо на работу в режиме максимальной мощности. Как правило, габариты и вес термоэлектрогенератора, а также расход полупроводникового вещества в первом случае оказываются меньшими. Поэтому на практике расчет термоэлектрогенераторов осуществляется по формулам максимального к. п. д. [7 , [14], [98].

Практический расчет термоэлектрогенератора, одновременно являющегося теплообменным аппаратом и источником электроэнергии, в полном объеме включает определение теплотехнических и электрических параметров, находящихся в тесной взаимосвязи. Следует отметить, что для достижения оптимальных характеристик термоэлектрогенератора в процессе его разработки нельзя ограничиваться рассмотрением только термоэлектрических батарей или термоэлементов. Любое термоэлектрическое устройство может быть достаточно эффективным лишь при условии необходимого соответствия действительных теплотехнических и электрических параметров расчетным данным. Именно по этой причине исходные данные для расчета термоэлектрогенератора, так же как и условия его работы, должны быть заданы с достаточной степенью точности, а диапазон их изменения быть небольшим.

* Теория расчета каскадных термоэлементов и выражения (52) - (56) впервые сформулированы Б. Я. Мойжесом [21 ].

5* 67



в качестве исходных данных для расчета термоэлектрогенератора обычно служат:

- электрическая мощность термоэлектрогенератора;

- напряжение на выходных клеммах термоэлектрогенератора;

- род, температура, давление и скорость теплоносителя и охладителя;

- выбранный или заданный тип полупроводникового вещества для р- и п-стержней термоэлемента, а также зависимости термоэлектрических характеристик вещества от температуры.

Kg, мкв/град


р.омсм

Рис. 25. Графический метод определения значений as. Хна для расчета термоэлектрогенератора

Род и параметры теплоносителя и охладителя на входе и выходе из термоэлектрогенератора позволяют в первом приближении оценить средние значения температур греющей и охлаждающей сред. Эти температуры заведомо отличны от температур горячего и холодного спаев термоэлементов. Тем не менее для определения термоэлектрических величин условимся считать их равными температурам спаев:

тепл ~ J г>

Гер . т охл ~ J х-

Это позволит Б первом приближении ограничить диапазон изменений о. Я, и т полупроводниковых материалов, произвести оценку средних значений их термоэлектрических характеристик (рис. 25), а также найти условное численное значение ла- Задание приближенного значения I = I = f дает возможность

найти величину удельной мощности (-у



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 [21] 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93



0.0011