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

состоящую из разнородных в теплотехническом отношении материалов: герметизирующих металлических пластин, слоев электроизоляционного материала, коммутационных металлических пластин и полупроводникового вещества. Теплопередача через такую многослойную стенку и характер изменения температур вдоль теплового потока схематично показаны на рис. 82.

Коэффициенты теплопередачи в этом случае могут быть рассчитаны по формулам, широко используемым в теплотехнике:

пл из

- вт/м-град;

Тх =

Р"

из из

вт/м-град,

где «Тг, «Тх-коэффициент теплоотдачи, вт/м-град; I - толщина слоя материала, м; X коэффициент теплопроводности, вт/м-град.

Как видно из формул, помимо конструктивных факторов (толщины коммутационных и электроизоляционных материалов, толщины герметизирующих стенок), теплотехническое совершенство термоэлектрического устройства, как и любого тепло-обменного аппарата, в значительной степени зависит от коэффициентов теплоотдачи.

Коэффициент теплоотдачи определяется как количество тепла, переданного в единицу времени через единицу поверхности, при разности температур между последней и омывающей средой в 1 град.

Величина коэффициента теплоотдачи во всех случаях зависит от ряда факторов:

- условий движения среды (свободная или вынужденная конвекция, характер потока - ламинарный или турбулентный);

- скорости движения среды;

- теплотехнических характеристик среды (плотность, вязкость теплоемкость и теплопроводность);


Рис- 82. Диаграмма температур, получаемых при прохождении теплоюго потока через многослойную плоскую стенку



- направления потока по отношению к поверхности теплообмена;

- формы поверхности, степени ее шероховатости и др.

Казалось бы, обилие факторов, оказывающих влияние на коэффициент теплоотдачи, предоставляет большие возможности для максимального повышения теплотехнических характеристик. Однако в большинстве случаев выбор тех или иных условий теплообмена в значительной мере ограничен конкретными техническими требованиями: физической природой веществ, технологическими и экономическими показателями [135-137]. Чаще всего одним из немногих средств рациональной компоновки поверхности теплообмена термоэлектрического устройства бывает выбор той или иной конструктивной формы, которая в значительной мере определяется конструкцией термоэлементов.

Прежде чем перейти к рассмотрению различных конструктивных форм поверхностей теплообмена термоэлектрических устройств, приведем основные формулы, которые используются при расчетах.

Как и в обычных теплообменных аппаратах, передача теплоты от сред к стенкам и наоборот осуществляется теплопроводностью, свободной или вынужденной конвекцией, а в некоторых случаях частично или полностью тепловым излучением. Оценка влияния каждого из этих процессов на теплоотдачу оказывается, как правило, невозможной, а их совместное влияние выражается величиной коэффициента теплоотдачи, определяемой экспериментальным путем. Поскольку эксперимент - единственный метод определения коэффициента теплоотдачи, на практике широко используются критерии подобия, устанавливающие взаимосвязь между величинами, определяющими процесс теплоотдачи.

К числу теплофизических характеристик, необходимых для определения коэффициентов теплоотдачи и гидравлических сопротивлений термоэлектрических устройств, относятся:

а) удельный вес вещества

У =у- кГ/см и связанные с ним величины удельного объема

V = -~ см/кГ

и плотности

б = кГ/см\

где G - вес теплоносителя (охладителя), кГ; V - объем теплоносителя (охладителя), см; g - ускорение силы тяжести, м/сек;



б) коэффициент теплопроводности

К = вт/м-град,

где Q - тепловая энергия, дж; t - время, сек;

F - площадь теплообмена; м; AT - разность температур теплообменивающихся сред, °К;

/т - длина пути теплового потока, м;

в) коэффициент температуропроводности

где Ср - теплоемкость теплоносителя (охладителя) при постоянном давлении кдж/мград.

г) коэффициент динамической вязкости

II -vg вт/м - град,

где V - коэффициент кинематической вязкости теплоносителя (охладителя), м/сек;

д) коэффициент гидравлических сопротивлений, определяемый экспериментальным путем, и ряд других величин.

В обычных теплообменных аппаратах количество теплоты, передаваемой от одной среды к другой, является функцией температурного напора, т. е. среднелогарифмической разности температур. В этом случае знания коэффициента теплопередачи, величины поверхности теплообмена и среднелогарифмической разности температур вполне достаточно для определения количества теплоты, которым обмениваются греющая и охлаждающая среды. В термоэлектрических устройствах, в которых тепловой поток через теплопередающую стенку, разделяющую среды, является переменным по толщине стенки, тепловой расчет выполняется прежде всего для установления значений температур спаев, необходимых для последующего решения системы уравнений энергетического баланса термоэлементов. По этой причине понятие среднелогарифмической разности температур в термоэлектрических устройствах может быть использовано лишь в оценочных, приближенных расчетах.

Весьма существенной при разработке конструкции поверхности теплообмена термоэлектрических устройств следует считать величину затрачиваемой в единицу времени энергии, необходимой для обеспечения отвода и подвода требуемых количеств тепловой энергии (в случае, если для этих целей используются циркулирующие среды, а не подвод теплоты непосредственно от источника



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



0.0013