vdgtuВестник Дагестанского государственного технического университета. Технические наукиHerald of Dagestan State Technical University. Technical Sciences2073-61852542-095XDaghestan State Technical University10.21822/2073-6185-2024-51-3-15-24vdgtu-1550Research ArticleЭНЕРГЕТИКА И ЭЛЕКТРОТЕХНИКАENERGY AND ELECTRICAL ENGINEERINGТермоэлектрическая установка для подъема объектов из неглубоких водоемов методом намораживанияThermoelectric installation for lifting objects from shallow reservoirs using the freezing methodЕвдуловО. В.EvdulovO. V.

Евдулов Олег Викторович, доктор технических наук, доцент, доцент кафедры теоретической и общей электротехники

367026, г. Махачкала, пр. И. Шамиля, 70

Oleg V.Evdulov, Dr. Sci. (Eng.), Assoc. Prof., Department of Theoretical and General Electrical Engineering

70 I. Shamilya Ave., Makhachkala 367026 

ole-ole-ole@rambler.ruЕвдуловД. В.EvdulovD. V.

Евдулов Денис Викторович, кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры теоретической и общей электротехники

367026, г. Махачкала, пр. И. Шамиля, 70

Denis V. Evdulov, Cand. Sci. (Eng.), Senior lecturer, Department of Theoretical and General Electrical Engineering

70 I. Shamilya Ave., Makhachkala 367026 

evdulovdenis@yandex.ruГабитовИ. А.GabitovI. A.

Габитов Ильдар Азатович, кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры теоретической и общей электротехники

367026, г. Махачкала, пр. И. Шамиля, 70

Ildar A. Gabitov, Cand. Sci. (Eng.), Senior lecturer, Department of theoretical and general electrical engineering

70 I. Shamilya Ave., Makhachkala 367026 

gabitovia@mail.ruЯхьяевМ. У.YakhyaevM. U.

Яхьяев Магомедхабиб Умарович, аспирант кафедры теоретической и общей электротехники 

367026, г. Махачкала, пр. И. Шамиля, 70

Magomedhabib U. Yakhyaev, Graduate Student, Department of Theoretical and General Electrical Engineering

70 I. Shamilya Ave., Makhachkala 367026 

ktioe@dstu.ruДагестанский государственный технический университетРоссияDaghestan State Technical UniversityRussian Federation2024011020245131524Copyright © Евдулов О.В., Евдулов Д.В., Габитов И.А., Яхьяев М.У., 20242024Евдулов О.В., Евдулов Д.В., Габитов И.А., Яхьяев М.У.Evdulov O.V., Evdulov D.V., Gabitov I.A., Yakhyaev M.U.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.dgtu.ru/jour/article/view/1550

Цель. Целью исследования является разработка конструкции термоэлектрической установки для подъема объектов из неглубоких водоемов методом намораживания, а также ее расчет, анализ параметров и электро- и теплофизических характеристик. Метод. Исследования основано на применении методов термодинамического анализа, натурного и вычислительного моделирования объектов криогенной техники с целью поиска оптимальных решений по надежности и ресурсу низкотемпературных установок. Результат. В состав установки входит водонепроницаемый зонд, на торцевой поверхности которого, обращенной к дну водоема, устанавливаются термоэлектрические модули, отвод теплоты от горячих спаев которых производится за счет системы теплоотвода, выполненной в виде цельнометаллического теплопровода, либо в виде теплового термосифона. Сопряжение объекта, поднимаемого из водоема, и термоэлектрической установки производится через холодную стенку путем намораживания. Произведен расчет термоэлектрической установки и определены ее параметры. Построены графики и получены зависимости, описывающие основные характеристики ТЭМ, входящих в термоэлектрическую установку. Графики представлены при температуре горячих спаев ТЭМ 300 К и достижении таких значений толщины намороженного водного льда на холодной стенки ТУ, которые позволили бы осуществить подъем объектов из водоема глубиной до 4 м. Вывод. Определены параметры установки: количество ТЭМ типа DRIFT-1,2 - 8, рабочий диапазон мощностей единичного ТЭМ типа DRIFT-1,2 - от 14 до 40 Вт при среднем перепаде температур между спаями 45 К, ток питания - от 3,8 до 7,6 А при потребляемой мощности от 50 до 200 Вт, холодильный коэффициент - от 0,1 до 0,45, минимальная температура холодной стенки ТУ - 248 К, в качестве системы отвода теплоты от горячих спаев ТЭМ используется тепловой термосифон отечественного производства.

Objective. The purpose of the study is to develop the design of a thermoelectric installation for lifting objects from shallow reservoirs using the freezing method, as well as its calculation, analysis of parameters and electrical and thermophysical characteristics. Method. The research is based on the use of methods of thermodynamic analysis, full-scale and computational modeling of cryogenic equipment in order to find optimal solutions for the reliability and service life of low-temperature installations. Result. The installation includes a waterproof probe, on the end surface of which, facing the bottom of the reservoir, thermoelectric modules are installed, heat is removed from the hot junctions of which by means of a heat removal system made in the form of an all-metal heat pipe or in the form of a thermal thermosiphon. The connection between the object lifted from the reservoir and the thermoelectric installation is carried out through a cold wall by freezing. The thermoelectric installation was calculated and its parameters were determined. Graphs were constructed and dependencies were obtained describing the main characteristics of TEMs included in the thermoelectric installation. The graphs are presented at a temperature of the hot junctions of the TEM of 300 K and the achievement of such values of the thickness of frozen water ice on the cold wall of the technical device that would allow lifting objects from a reservoir up to 4 m deep. Conclusion. The installation parameters have been determined: the number of TEMs of the DRIFT-1.2 type is 8, the operating power range of a single TEM of the DRIFT-1.2 type is from 14 to 40 W with an average temperature difference between the junctions of 45 K, the supply current is from 3.8 to 7 .6 A with power consumption from 50 to 200 W, coefficient of performance - from 0.1 to 0.45, minimum temperature of the cold wall of the TU - 248 K, a domestically produced thermal thermosyphon is used as a heat removal system from the hot junctions of the TEM.

подъем объектаводоемнамораживаниеводный ледтермоэлектрическая установкатермоэлектрический модульохлаждениетемпературарасчетobject liftingreservoirfreezingwater icethermoelectric installationthermoelectric modulecoolingtemperaturecalculationReferencesЭгизов И.А., Ордобаев Б.С., Абдыкеева Ш.С.Аварийно-спасательные работы на водных объектах. Бишкек: КРСУ, 2017. 123 с.Egizov I.A., Ordobaev B.S., Abdykeeva Sh.S. Emergency rescue operations on water bodies. Bishkek: KRSU, 2017;. 123.Finn P.-A., Asker C., Wan K., Bilotti E., Fenwick O., Nielsen C.-B. Thermoelectric materials: current status and future challenges // Frontiers in electronic materials. 2021. Vol. 1. P.1-13.Finn P.-A., Asker C., Wan K., Bilotti E., Fenwick O., Nielsen C.-B. Thermoelectric materials: current status and future challenges. Frontiers in electronic materials. 2021; 1:1-13.Shi X.-L. J., Zou J., Chen Z.-G. Advanced thermoelectric design: from materials and structures to devices // Chemical reviews. 2020. Vol. 15. P.7399-515.Shi X.-L. J., Zou J., Chen Z.-G. Advanced thermoelectric design: from materials and structures to devices. Chemical reviews. 2020; 15:7399-515.Snyder G.J., LeBlanc S., Crane D. Distributed and localized cooling with thermoelectrics, [et al.] // Future energy. 2021. Vol. 5. P. 748-51.Snyder G.J., LeBlanc S., Crane D. Distributed and localized cooling with thermoelectrics, [et al.] Future energy. 2021; 5: 748-51.Vasil'ev E.N. The effect of thermal resistances on the coefficient of performance of a thermoelectric cooling system // Technical Physics. 2021. Vol. 66. P. 720-724.Vasil'ev E.N. The effect of thermal resistances on the coefficient of performance of a thermoelectric cooling system. Technical Physics. 2021; 66: 720-724.Kuzichkin O.R., Vasilyev G.S., Surzhik D.I. Method for modeling dynamic modes of nonlinear control system for thermoelectric modules // Advances in Dynamical Systems and Applications. 2020. т. 15, № 2. P. 187-197.Kuzichkin O.R., Vasilyev G.S., Surzhik D.I. Method for modeling dynamic modes of nonlinear control system for thermoelectric modules. Advances in Dynamical Systems and Applications. 2020; 15( 2):187-197.Абоуеллаиль А.А., Чан Ц., Солдатов А.И., Солдатов А.А., Костина М.А., Борталевич С.И., Солдатов Д.А. Лабораторное обоснование термоэлектрического метода контроля переходного сопротивления контактов // Дефектоскопия. 2022. № 12. С. 70-78.Abouellail A.A., Chan Ts., Soldatov A.I., Soldatov A.A., Kostina M.A., Bortalevich S.I., Soldatov D.A. Laboratory substantiation of the thermoelectric method for monitoring the contact resistance. Defectoscopy. 2022; 12:70-78. (In Russ)Исмаилов Т.А., Евдулов О.В., Магомадов Р.А.-М. Охлаждающие системы на базе сильноточных термоэлектрических полупроводниковых преобразователей. СПб.: Политехника, 2020. 285 с.Ismailov T.A., Evdulov O.V., Magomadov R.A.-M. Cooling systems based on high-current thermo-electric semiconductor converters. St. Petersburg: Politekhnika, 2020; 285: (In Russ)Yevdulov O.V., Ragimova T.A. Investigation of thermoelectric system for local freezing of tissues of the larynx // Journal of Thermoelectricity. 2015. № 2. P. 86-94.Yevdulov O.V., Ragimova T.A. Investigation of thermoelectric system for local freezing of tissues of the larynx. Journal of Thermoelectricity. 2015; 2: 86-94.Исмаилов Т.А., Евдулов О.В., Казумов Р.Ш. Экспериментальные исследования термоэлектрических теплообменных аппаратов проточного типа с тепловыми мостиками // Вестник Международной академии холода. 2010. № 4. С. 5-7.Ismailov T.A., Evdulov O.V., Kazumov R.Sh. Experimental studies of flow-type thermoelectric heat exchangers with thermal bridges. Herald of the International Academy of Refrigeration. 2010; 4:5-7. (In Russ)Евдулов О.В., Магомедова С.Г., Миспахов И.Ш., Набиев Н.А., Насрулаев А.М. Термоэлектрическая система для извлечения инородных объектов из тела человека // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. 2019. т. 46, № 1. С. 32-41.Evdulov O.V., Magomedova S.G., Mispakhov I.Sh., Nabiev N.A., Nasrulaev A.M. Thermoelectric system for removing foreign objects from the human body. Herald of the Dagestan State Technical University. Technical Sciences. 2019; 46(1):32-41. (In Russ)Гончарова Г.Ю., Пытченко В.П., Борзов С.С., Борщев Г.В. Исследование процессов тепломассообмена при пленочном обтекании ледовых поверхностей с фазовым переходом на границе раздела // Вестник Международной академии холода. 2021. №4. С. 3-11.Goncharova G.Yu., Pytchenko V.P., Borzov S.S., Borshchev G.V. Study of heat and mass transfer processes during film flow around ice surfaces with a phase transition at the interface. Herald of the International Academy of Refrigeration. 2021; 4:3-11. (In Russ)Маринюк Б.Т., Королев И.А. Расчет и анализ динамики роста толщины слоя водного инея на охлаждаемой поверхности // Холодильная техника. 2016. № 11. С. 38-43.Marinyuk B.T., Korolev I.A. Calculation and analysis of the dynamics of growth of the thickness of the layer of water frost on a cooled surface. Refrigeration technology. 2016; 11:38-43. (In Russ)Маринюк Б.Т., Угольникова М.А. Динамика намораживания водного льда на трубчатых элементах льдогенераторов // Холодильная техника. 2016. №12. С. 44-47.Marinyuk B.T., Ugolnikova M.A. Dynamics of freezing of water ice on tubular elements of ice generators. Refrigeration equipment. 2016;12: 44-47. (In Russ)Marinyuk B.T., Ugol’nikova M.A., Serenov I.I. Heat transfer of a straight flat fin surface subjected to low temperature and immersed in an aqueous medium with a constant temperature // Chemical and petroleum engineering. 2016. № 11-12. P. 835-837.Marinyuk B.T., Ugol’nikova M.A., Serenov I.I. Heat transfer of a straight flat fin surface subject to low temperature and immersed in an aqueous medium with a constant temperature. Chemical and petroleum engineering. 2016; 11-12: 835-837.Васильев Е.Н. Расчет и оптимизация теплообменников термоэлектрического блока охлаждения // Теплофизика и аэромеханика. 2022. т. 29, № 3. С.419-430.Vasiliev E.N. Calculation and optimization of heat exchangers of a thermoelectric cooling unit. Thermal physics and aeromechanics. 2022; 29( 3):419-430. (In Russ)Ибрагимова А.М., Евдулов О.В. Термоэлектрические полупроводниковые устройства для отвода теплоты от элементов РЭА // Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке: статья в сборнике научных трудов X Международной научно-технической конференции (СанктПетербург, 27-29 окт. 2021 г.). СПб., 2021. С.12-15.Ibragimova A.M., Evdulov O.V. Thermoelectric semiconductor devices for removing heat from electronic elements // Low-temperature and food technologies in the 21st century: article in the collection of scientific papers of the X International Scientific and Technical Conference (St. Petersburg, October 27-29, 2021). St. Petersburg, 2021; 12-15. (In Russ)Исмаилов Т.А., Евдулов Д.В., Евдулов О.В. Системы отвода теплоты от элементов РЭА на базе плавящихся тепловых аккумуляторов // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. 2015. № 1 (36). С. 38-44.Ismailov T.A., Evdulov D.V., Evdulov O.V. Systems for removing heat from electronic elements based on melting heat accumulators. Herald of the Dagestan State Technical University. Technical Sciences. 2015;. 1 (36):38-44. (In Russ)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.