АНАЛІЗ ЕКСПЛУАТАЦІЙНИХ ХАРАКТЕРИСТИК МІНІАТЮРНОГО ТЕРМОЕЛЕКТРИЧНОГО МОДУЛЯ ДЛЯ СУДНОВИХ ЕНЕРГЕТИЧНИХ І НАВІГАЦІЙНИХ СИСТЕМ
Ключові слова:
ефект Пельтьє, термоелектричний модуль, суднові системи, проєктування, чисельне моделювання, електротепломеханічні процеси, робочі параметриАнотація
У роботі спроєктовано термоелектричний модуль для суднових енергетичних і навігаційних систем на базі модуля ТЕС1-01703. Наведено математичні рівняння для аналізу експлуатаційних характеристик модуля при протіканні електричних, теплових і механічних процесів. Для проєктування геометрії термоелектричного модуля використовується система автоматизованого проєктування (САПР), а для розрахунку основних експлуатаційних характеристик спеціалізоване програмне середовище скінченно-елементного аналізу. Спроєктований термоелектричний модуль має габаритні розміри 15×15×4,2 мм, він містить 18 напівпровідників P- і 18 напівпровідників N-типу, 37 металевих контактних комутаційних пластин. На цій основі створено термоелектричний ланцюг з 35 контактних з’єднань між напівпровідниками, які утворюють 18 термоелектричних пар. Габаритні розміри активної зони спроєктованого термоелектричного модуля (П-подібного ланцюга) становлять 12×12×2,6 мм. Розрахунок проведено чисельно з обраними граничними умовами по електричній, тепловій і механічній частині. У моделі охолодження модуля передбачено за рахунок примусової (вимушеної) конвекції вентиляторним способом охолодження при коефіцієнті тепловіддачі h=50 Вт/(м2·К) і температурі конвекції tamb=25 °C. За допомогою комп'ютерного моделювання виявлено, як розподіляються основні показники моделі при силі струму 3,3 А. Ці показники включають електричну напругу, температуру, густину електричного струму, напруженість електричного поля, джоулевий нагрів, густину теплового потоку, механічні напруження та деформації. Під час моделювання виявлено області, де температура, механічні напруження та деформації мають підвищені значення. Також побудовано графіки залежностей робочих показників від сили струму при її зміні від 0 до 3,5 А. Ці графіки показують, як змінюються електрична напруга, температура, густина струму, напруженість електричного поля, джоулевий нагрів, густина теплового потоку, механічні напруження та деформації зі збільшенням сили струму. Аналіз отриманих даних дозволив встановити нелінійний характер залежностей робочих показників від сили струму. Визначено граничні режими роботи модуля, при яких забезпечується його ефективність, термічна стійкість та механічна надійність у складі суднових систем.
