Термоэлектрическая установка для подъема объектов из неглубоких водоемов методом намораживания

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.

1. Эгизов И.А., Ордобаев Б.С., Абдыкеева Ш.С.Аварийно-спасательные работы на водных объектах. Бишкек: КРСУ, 2017. 123 с.

2. 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.

3. 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.

4. Snyder G.J., LeBlanc S., Crane D. Distributed and localized cooling with thermoelectrics, [et al.] // Future energy. 2021. Vol. 5. P. 748-51.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. Исмаилов Т.А., Евдулов О.В., Магомадов Р.А.-М. Охлаждающие системы на базе сильноточных термоэлектрических полупроводниковых преобразователей. СПб.: Политехника, 2020. 285 с.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. Маринюк Б.Т., Угольникова М.А. Динамика намораживания водного льда на трубчатых элементах льдогенераторов // Холодильная техника. 2016. №12. С. 44-47.

15. 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.

16. Васильев Е.Н. Расчет и оптимизация теплообменников термоэлектрического блока охлаждения // Теплофизика и аэромеханика. 2022. т. 29, № 3. С.419-430.

17. 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.

18. 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.