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

энергии теплопроводностью). Величина этой мощности обычно определяется по формуле

Р = --- кет,

102уг1„ас

где G - весовой расход теплоносителя (охладителя), кг/сек; Ар - суммарное гидравлическое сопротивление систем, кГ/см;

у - удельный вес теплоносителя (охладителя), кГ/см; Цнас - К. п. Д. насоса. Наибольшее влияние на величину мощности, затрачиваемой на прокачку теплоносителя (охладителя), оказывают величина весового расхода G и суммарное гидравлическое сопротивление Др. Последнее состоит из местных гидравлических сопротивлений, сопротивления трения и сопротивления, вызванного изменением плотности потока:

Др = Др„ + Др.,р ± Др кГ/cж

где Др„ - гидравлическое сопротивление, обусловленное местными потерями, кГ/см; Дртр - гидравлическое сопротивление, обусловленное потерями на трение, кГ/см; Ар - гидравлическое сопротивление, обусловленное изменением плотности потока, кГ/см. Величина местных сопротивлений, обусловленная внезапными сужениями и расширениями проходных сечений, наличием поворотов, препятствий и т. д., определяется по формуле

Арм = 1м- кГ1см\

где i„ - коэффициент местных гидравлических сопротивлений; б - плотность жидкости, кг/см. Сопротивление трения рассчитывается по формуле

где - коэффициент гидравлических потерь на трение; / - линейный размер поверхности трения, см; с?э - эквивалентный диаметр, сж, и определяется силами внутреннего трения жидкости и трения между жидкостью и омываемой поверхностью. И, наконец, величина гидравлического сопротивления, обусловленного изменением плотности потока, находится по формуле



где у - удельный вес жидкости, кГ/см;

б - плотность жидкости, кг/м;

W - скорость жидкости, м/сек;

h - высота столба жидкости, м (индекс 1 относится к потоку при меньшей, а 2 - к потоку при большей температуре).

Величина Ар может быть как положительной, так и отрицательной в зависимости от характера изменения величин, входящих в формулу.

Прежде чем перейти к рассмотрению различных конструкций поверхностей теплообмена термоэлектрических устройств, необходимо остановиться на некоторых общих требованиях. Безусловно, любое термоэлектрическое устройство, предназначенное для использования на судне, должно характеризоваться при прочих равных условиях наибольшей эффективностью. Однако эффективность не является самоцелью и в ряде случаев целесообразно за счет ее некоторого уменьшения максимально упростить конструкцию, уменьшить ее габариты и вес, а также повысить надежность.

В общем виде эти требования могут быть сформулированы как условие получения максимальной мощности на единицу объема устройств при наибольшей простоте и надежности конструкции.

Если проанализировать зависимости, устанавливающие взаимосвязь между конструктивными характеристиками термоэлементов, термоэлектрическими свойствами выбранных полупроводниковых материалов и теплофизическими характеристиками греющей и охлаждающей сред, то нетрудно прийти к заключению, что величина полезной мощности на единицу объема может варьироваться в очень широких пределах.

Однако практически это утверждение едва ли правильно. Известно, что поскольку величина удельного теплового потока ограничена, хотя бы по стороне одного из спаев, а также вследствие конечного сопротивления, вносимого коммутацией, высота стержней термоэлемента не может быть получена сколь угодно малой.

Следовательно, в любом случае будет существовать некоторое предельное значение удельного теплового потока, а значит, и минимальная высота термоэлемента.

Таким образом, возникает необходимость в создании максимально возможных тепловых потоков, т. е. в интенсификации теплообмена.

Одним из наиболее простых методов интенсификации теплообмена является увеличение скоростей теплообменивающихся сред. Этот метод используется при разработке термоэлектрических устройств, в пределах, которые могут бьп"ь признаны целесообразными с точки зрения затрат энергии, необходимой для циркуляции теплоносителя и охладителя, эрозии конструкционных материалов и т. д. Часто хорошие результаты можно получить благодаря правильному выбору конструкции поверхностей теплообмена.



Весьма эффективно также использование различных конструктивных решений, способствующих турбулизации теплообмени-вающихся сред, т. е. интенсивному перемешиванию слоев жидкости и уменьшению толщины пограничного слоя. Чаще всего это приводит также к увеличению поверхности теплообмена. Однако в каждом отдельном случае целесообразность применения турбу-лизаторов следует оценивать не только с точки зрения их влияния на интенсификацию теплообмена, но и с точки зрения допустимости некоторого увеличения гидравлических сопротивлений. Но так как последнее связано с затратами энергии на прокачку теплообмени-вающихся сред, необходимо найти какие-то оптимальные компромиссные решения.

Немаловажное значение при компоновке поверхностей теплообмена термоэлектрических устройств, как и любых теплообменных аппаратов, имеет правильный выбор тракта для греющей и охлаждающей сред. Так, если речь идет о трубной конструкции, то внутри трубок целесообразно обеспечить движение среды, имеющей при прочих равных условиях большее давление. При использовании трубчатых поверхностей теплообмена, если греющей средой является конденсирующий пар, охлаждающую среду целесообразно пропускать внутри трубок. Это дает возможность увеличить скорость охлаждающей среды и соответственно коэффициент теплопередачи. Увеличение скорости конденсирующегося пара практически не сказывается на величине коэффициента теплопередачи.

При использовании трубчатых поверхностей теплообмена значительное влияние на габариты и вес оказывает шахматное или коридорное расположение трубок.- При шахматном расположении турбулизация, а следовательно, и интенсивность теплопередачи оказываются большими. Когда для теплоотвода применяются кипящие жидкости, омывающие трубки снаружи, целесообразнее коридорное расположение трубок, так как при этом вероятность прилипания паровых пузырьков и связанного с этим ухудшения теплопередачи уменьшается.

В определенных условиях рациональную компоновку поверхности теплообмена термоэлектрического устройства можно обеспечить выбором оптимальной схемы движения сред (прямоток, противоток или перекрестный ток) и методом ступенчатого теплообмена.

Исключительно большое значение при конструировании термоэлектрических устройств имеет правильный выбор конструкционных, электроизоляционных и коммутационных материалов. И если последние чаще всего определяются почти однозначно в зависимости от используемого полупроводникового вещества, то для конструкционных и электроизоляционных материалов есть определенные возможности выбора.

Не говоря о необходимости уменьшения или полного устранения контактного термического сопротивления, при прочих равных



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



0.0058