vdgtuВестник Дагестанского государственного технического университета. Технические наукиHerald of Dagestan State Technical University. Technical Sciences2073-61852542-095XDaghestan State Technical University10.21822/2073-6185-2020-47-1-48-57vdgtu-769Research ArticleЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ, МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЕ И ХИМИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕPOWER, METALLURGICAL AND CHEMICAL MECHANICAL ENGINEERINGТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТЕПЛООБМЕННИК – ИНТЕНСИФИКАТОР ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА ЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМTHERMOELECTRIC HEAT EXCHANGER - HEAT TRANSMISSION INTENSIFIER FOR MAINTAINING A THERMAL REGIME IN ELECTRONIC SYSTEMSЮсуфовШ. А.YusufovSh. A.

кандидат технических наук, доцент

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

Cand. Sci. (Technical), Ass. Prof.

yshirali@yandex.ruДагестанский государственный технический университетРоссияDaghestan State Technical University, 70 I. Shamil Ave., Makhachkala 367026Russian Federation2020210420204714857Copyright © Юсуфов Ш.А., 20202020Юсуфов Ш.А.Yusufov S.A.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/769Резюме

Резюме. Цель. В статье рассматривается термоэлектрический теплообменник –интенсификатор теплопередачи, предназначенный для обеспечения теплового режима элек-тронного оборудования, размещенного во внешних установках.

Метод

Метод. Применены методы моделирования теплообменных процессов.

Результат

Результат. Предлагается термоэлектрическая система, представляющая собой теплообменник – интенсификатор теплопередачи, который размещен во внешней установке. Конструктивно внешняя установка содержит первый отсек с электронными тепловыделяющими компонентами, в котором предусмотрены проходы или каналы для продува внешнего воздуха и второй отсек, содержащий элементы с необходимостью герметизации от внешних воздействий и недопустим контакт с внешним охлаждающим воздухом. Приведена математическая модель, которая позволяет определить температуру потоков воздуха по теплообменным поверхностям термоэлектрической системы (ТЭС), а также предельную длину термоэлектрической системы для достижения равенства температур потоков на выходе при заданных токах питания термоэлектрических батарей.

Вывод

Вывод. Проведенные исследования позволяют сделать вывод, что большей длине термоэлектрической системы для обеспечения режима интенсификации соответствует большая разница температур теплоносителей на входе. Очевидно, что при дальнейшем увеличении длины термоэлектрический теплообменник переходит в режим работы термоэлектрической холодильной машины, и температура потока воздуха на выходе становится ниже.

Abstract

Abstract. Aim. The article presents a thermoelectric heat exchanger / heat transfer intensifier design for ensuring the thermal regime of electronic equipment located in external installations.

Method

Method. Methods for modelling heat exchange processes were applied.

Result

Result. A thermoelectric system is proposed, consisting of a heat exchanger / heat transfer intensifier component located in an external installation. In structural terms, the external installation comprises a compartment disposing electronic heatgenerating components, in which are located channels for ventilating external air, while a second compartment contains elements that require to be sealed from external influences, in cluding contact with external cooling air. A mathematical model is provided for determining the temperature of air flows from the heatexchange surfaces of a thermoelectric system (TES), as well as the limiting length of a thermoelectric system to achieve equal output temperature at given supply currents of thermoelectric batteries.

Conclusion

Conclusion. On the basis of the conducted studies, it is concluded that a longer thermoelectric system for ensuring the intensification mode corresponds to an increased difference in the temperature of the coolant at the inlet. The temperature of the air flow at the outlet becomes lower with a further increase in length due to the thermoelectric heat exchanger entering the operating mode of the thermoelectric refrigeration unit.

термоэлектрическая системасистема обеспечения теплового режи-матермоэлектрический теплообменникматематическая модельthermoelectric systemthermal regime control systemthermoelectric heat exchangermathematical modelReferencesИсмаилов Т.А., Гаджиев Х.М. Охлаждение радиоэлектронных систем: учебное пособие. - Махачкала: ИПЦ ДГТУ, 2012. – 165 с.Ismailov T.A., Gadzhiyev KH.M. Okhlazhdeniye radioelektronnykh sistem: uchebnoye posobiye. - Makhachkala: IPTS DGTU, 2012. – 165 s. [Ismailov T.A., Gadzhiev H.M. Cooling of electronic systems: a training manual. - Makhachkala: CPI DGTU, 2012 . 165 p. (In Russ.)]Исмаилов Т.А., Гаджиев Х.М., Нежведилов Т.Д. Термостабилизация микроэлектронной аппаратуры при помощи полупроводниковых термоэлектрических устройств.- Махачкала: ИПЦ ДГТУ, 2013. – 149 с.Ismailov T.A., Gadzhiyev KH.M., Nezhvedilov T.D. Termostabilizatsiya mikroelektronnoy apparatury pri pomoshchi poluprovodnikovykh termoelektricheskikh ustroystv.- Makhachkala: IPTS DGTU, 2013. – 149 s. [Is-mailov T.A., Gadzhiev H.M., Nezhvedilov T.D. Thermostabilization of microelectronic equipment using semi-conductor thermoelectric devices. - Makhachkala: CPI DGTU, 2013. 149 p. (In Russ.)]Рашидханов А.Т., Юсуфов Ш.А. Система обеспечения теплового режима шкафа телекоммуникационного оборудования. / Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. 2017;44(2):87-96. DOI:10.21822/2073-6185-2017-44-2-87-96Rashidkhanov A.T., Yusufov SH.A. Sistema obespecheniya teplovogo rezhima shkafa telekommunikatsionnogo oborudovaniya. / Vestnik Dagestanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Tekh-nicheskiye nauki. 2017;44(2):87-96. DOI:10.21822/2073-6185-2017-44-2-87-96 [Rashidkhanov A.T., Yusufov Sh.A. The system for ensuring the thermal regime of the telecommunication equipment cabinet. / Herald of Daghestan State Tech-nical University. Technical science. 2017; 44 (2): 87-96. DOI: 10.21822 / 2073-6185-2017-44-2-87-96. (In Russ.)]Исмаилов Т.А. Термоэлектрические полупроводниковые устройства и интенсификаторы теплопередачи. С-Пб.: Политехника, 2005.Ismailov T.A. Termoelektricheskiye poluprovodnikovyye ustroystva i intensifikatory teplopere-dachi. S-Pb.: Politekhnika, 2005. [Ismailov T.A. Thermoelectric semiconductor devices and heat transfer intensifiers. St. Petersburg: Polytechnic, 2005. . (In Russ.)]Юсуфов Ш.А., Ибрагимова А.М., Передков С.А., Саркаров Т.Э., Митаров Р.Г. Термоэлектрическая систе-ма для обеспечения теплового режима модульного электронного оборудования. Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. 2019;46(4):53-64. https://doi.org/10.21822/2073-6185-2019-46-4-53-64Yusufov SH.A., Ibragimova A.M., Peredkov S.A., Sarkarov T.E., Mitarov R.G. Termoelektricheskaya sistema dlya obespecheniya teplovogo rezhima modul'nogo elektronnogo oborudovaniya. Vestnik Dagestanskogo gosu-darstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Tekhnicheskiye nauki. 2019;46(4):53-64. https://doi.org/10.21822/2073-6185-2019-46-4-53-64 [Yusufov Sh.A., Ibragimova A.M., Peredkov S.A., Sarka-rov T.E., Mitarov R.G. Thermoelectric system to ensure the thermal regime of modular electronic equipment. Herakd of the Daghestan State Technical University. Technical Science. 2019; 46 (4): 53-64. https://doi.org/10.21822/2073-6185-2019-46-4-53-64. (In Russ.)]Патент РФ № 2203523 Шкаф для охлаждения радиоэлектронной аппаратуры / Исмаилов Т.А., Цеханская Т.Э., Салманов Н.Р., Юсуфов Ш.А.Patent RF № 2203523 Shkaf dlya okhlazhdeniya radioelektronnoy apparatury / Ismailov T.A., Tse-khanskaya T.E., Salmanov N.R., Yusufov SH.A. [RF patent No. 2203523 Cabinet for cooling electronic equipment / Ismailov T.A., Tsekhanskaya T.E., Salmanov N.R., Yusufov Sh.A. (In Russ.)]Патент РФ №369860. Устройство охлаждения аппаратуры / Воронин Г.И., Антонов Ю.В., Федоров В.Н., Чижиков Ю.В., Дрынь В.П.Patent RF №369860. Ustroystvo okhlazhdeniya apparatury / Voronin G.I., Antonov YU.V., Fedorov V.N., Chizhikov YU.V., Dryn' V.P. [RF patent No. 369860. Equipment cooling device / Voronin G.I., Antonov Yu.V., Fedorov V.N., Chizhikov Yu.V., Drin V.P. (In Russ.)]Патент РФ №1755398 Устройство для охлаждения тепловыделяющей аппаратуры. / Сидорин В.И.Patent RF №1755398 Ustroystvo dlya okhlazhdeniya teplovydelyayushchey apparatury. / Sidorin V.I. [RF patent №1755398 A device for cooling fuel equipment. / Sidorin V.I. (In Russ.)]Патент РФ №1287699 Устройство для охлаждения тепловыделяющей аппаратуры. /Абросимов А.И.Patent RF №1287699 Ustroystvo dlya okhlazhdeniya teplovydelyayushchey apparatury. /Abrosimov A.I. [RF pa-tent No. 1287699 A device for cooling fuel equipment. / Abrosimov A.I. (In Russ.)]Патент РФ №1595321 Устройство для охлаждения тепловыделяющей аппаратуры. / Калишин Н.А., Ко-лесников А.А., Максимова М.А., Ульянов Н.А.Patent RF №1595321 Ustroystvo dlya okhlazhdeniya teplovydelyayushchey apparatury. / Kalishin N.A., Kolesni-kov A.A., Maksimova M.A., Ul'yanov N.A. [RF patent No. 1595321 Device for cooling fuel equipment. / Kalish-in N.A., Kolesnikov A.A., Maksimova M.A., Ulyanov N.A. (In Russ.)]Разработка и моделирование микроканальных систем охлаждения [Текст]: монография / Д.А. Коновалов, И.Г. Дроздов, Д.П. Шматов, С.В. Дахин, Н.Н. Кожухов //Воронеж: ВГТУ, 2013. – 222 с.Razrabotka i modelirovaniye mikrokanal'nykh sistem okhlazhdeniya [Tekst]: monografiya / D.A. Ko-novalov, I.G. Drozdov, D.P. Shmatov, S.V. Dakhin, N.N. Kozhukhov //Voronezh: VGTU, 2013. – 222 s. [Development and modeling of microchannel cooling systems [Text]: monograph / D.A. Konovalov, I.G. Drozdov, D.P. Shma-tov, S.V. Dakhin, N.N. Kozhukhov // Voronezh: VSTU, 2013. 222 p. (In Russ.)]Проектирование и испытания охладителей силовых полупроводниковых приборов [Текст] / C.A. Панфи лов, В.М. Каликанов, Ю.А. Фомин, А.С. Саванин // Приборы и системы. Управление, контроль, диагно-стика, 2008. – № 3. – С. 41-43.Proyektirovaniye i ispytaniya okhladiteley silovykh poluprovodnikovykh priborov [Tekst] / C.A. Panfilov V.M. Kalikanov, YU.A. Fomin, A.S. Savanin// // Pribory i sistemy Upravleniye, kontrol', diagnostika. 2008 №3. S. 41-43. [Design and testing of power semiconductor device coolers [Text] / C.A. Panfilov, V.M. Kalikanov, Yu.A. Fomin, A.S. Savanin // Devices and Systems. Management, control, diagnostics, 2008. No. 3. рр. 41-43. (In Russ.)]Arnaud, L., Ludovic, G., Mouad, D., Hamid, Z., & Vincent, L. (2014). Comparison and Impact of Waste Heat Recovery Technologies on Passenger Car Fuel Consumption in a Normalized Driving Cycle. Energies, 7(8), 5273–5290. doi:10.3390/en7085273Arnaud, L., Ludovic, G., Mouad, D., Hamid, Z., & Vincent, L. (2014). Comparison and Impact of Waste Heat Recovery Technologies on Passenger Car Fuel Consumption in a Normalized Driving Cycle. Energies, 7(8), 5273–5290. doi:10.3390/en7085273Chen, G.; Dresselhaus, M.S.; Esfarjani, K.; Ren, Z.F.; Zebarjadi. M. Perspectives on thermoelectrics: From fun-damentals to device applications. Energy Environ. Sci. 2012.Chen, G.; Dresselhaus, M.S.; Esfarjani, K.; Ren, Z.F.; Zebarjadi. M. Perspectives on thermoelectrics: From fun-damentals to device applications. Energy Environ. Sci. 2012.Apertet, Y.; Ouerdane, H.; Goupil, C.; Lecoeur, Ph. Efficiency at maximum power of thermally coupled heat engines. Phys. Rev. E 2012, 85, 041144.Apertet, Y.; Ouerdane, H.; Goupil, C.; Lecoeur, Ph. Efficiency at maximum power of thermally coupled heat engines. Phys. Rev. E 2012, 85, 041144.Das, R. (2013). The Rise of Thermoelectrics. Retrieved February 17, 2014, from Energy Harvesting Journal: http://www.energyharvestingjournal.com/articles/the-rise-of-thermoelectrics-471 00005925.asDas, R. (2013). The Rise of Thermoelectrics. Retrieved February 17, 2014, from Energy Harvesting Journal: http://www.energyharvestingjournal.com/articles/the-rise-of-thermoelectrics-471 00005925.asHaddad, C., Perilhon, C., Danlos, A., Francois, M.-X., & Descombes, G. (2014). Some Efficient Solutions to Recover Low and Medium Waste Heat: Competitiveness of the Thermoacoustic Technology. Energy Procedia, 50, 1056–1069. doi:10.1016/j.egypro.2014.06.125Haddad, C., Perilhon, C., Danlos, A., Francois, M.-X., & Descombes, G. (2014). Some Efficient Solutions to Recover Low and Medium Waste Heat: Competitiveness of the Thermoacoustic Technology. Energy Procedia, 50, 1056–1069. doi:10.1016/j.egypro.2014.06.125Washington, DC.: DOE Vehicle Technologies Office. Retrieved from http://energy.gov/sites/prod/files/2014/07/f17/ace082_cleary_2014_o.pdfWashington, DC.: DOE Vehicle Technologies Office. Retrieved from http://energy.gov/sites/prod/files/2014/07/f17/ace082_cleary_2014_o.pdfJovovic, V. (2014). Thermoelectric Waste Heat Recovery Program for Passenger Vehicles. In 2014 Annual Mer-it Review and Peer Evaluation Meeting. Washington, DC.: DOE Vehicle Technologies Office. Retrieved from http://energy.gov/sites/prod/files/2014/07/f17/ace080_barnhart_2014_o.pdfJovovic, V. (2014). Thermoelectric Waste Heat Recovery Program for Passenger Vehicles. In 2014 Annual Mer-it Review and Peer Evaluation Meeting. Washington, DC.: DOE Vehicle Technologies Office. Retrieved from http://energy.gov/sites/prod/files/2014/07/f17/ace080_barnhart_2014_o.pdf

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