МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ВИЗУАЛИЗАЦИИ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ ОБЪЕКТОВ

Цель. Целью научной работы является разработка математической модели термоэлектрической полупроводниковой системы (ТЭС) для визуализации  температурных полей объектов и исследование протекающих в ней теплофизических  процессов.

Метод. Разработана ТЭС для визуализации температурных полей плоских объектов с использованием жидкокристаллической пленки. Ее особенностью является повышение точности измерений за счет более точного сопряжения объекта и прибора. Проведено математическое моделирование системы, выполненное на основе решения нестационарной  двумерной задачи теплопроводности с локальными истоками и стоками теплоты по площади  жидкокристаллической пленки. 

Результат. Получены графики зависимости: двумерное распределение температуры по поверхности жидкокристаллической пленки при наличии истоков и стоков теплоты,  изменение холодопроизводительности, холодильного коэффициента, напряжения питания  термоэлектрического модуля (ТЭМ) от перепада температур между спаями для различных  значений тока питания.

Вывод. В результате расчетов установлено, что цветовая гамма жидкокристаллической пленки существенно меняется при наличии истоков и стоков теплоты по ее поверхности.  При предварительной калибровке система позволяет не только визуализировать картину температурного поля объекта, но и определить значение его температуры в каждой точке. В соответствие с расчетными данными определено, что для обеспечения полноценной работы ТЭС могут быть использованы стандартные ТЭМ марки ICE-71 со следующими рабочими  характеристиками: диапазон мощностей - от 16 до 35 Вт при среднем перепаде температур  между спаями 55 К, ток питания - 28 А при потребляемой мощности от 40 до 90 Вт, холодильный коэффициент - от 0,38 до 0,43.

1. Атрошенко, Ю.К. Теплотехнические измерения и приборы / Ю.К. Атрошенко, Е.В. Иванова. Томск: ТПУ, 2014. 151 с.

2. Александров, А.А., Теплотехника / А.А. Александров, А.М. Архаров, И.А. Архаров, [и др.]. М: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017. 880 с.

3. Дульнев, Г.Н. Теория тепло- и массообмена / Г.Н. Дульнев. СПб.: СПбНИУИТМО, 2012. 195 с.

4. Корнеев, А.В. Первая медицинская помощь / А.В. Корнеев. Донецк: БАО, 2013. 240 с.

5. Bergman, T.L. Fundamentals of heat and mass transfer / T.L. Bergman, A.S. Lavine, F.P. Incropera, D.P. Dewitt. New York: John Wiley  Sons, 2011. 1076 p.

6. Pasquali P. Cryosurgery: а practical manual / P. Pasquali. New York: Springer, 2015. 441 р.

7. Яромич, И.В. Скорая и неотложная медицинская помощь / И.В. Яромич. Минск: Вышэйшая школа. 2010. 289 с.

8. Исмаилов, Т.А. Экспериментальный стенд для измерения рабочих характеристик термоэлектрического устройства для локального замораживания тканей гортани / Т.А. Исмаилов, О.В. Евдулов, Т.А. Рагимова // Ползуновский вестник. 2010. №2. С. 166-169.

9. Жаркова, Г.М. Оптические методы формирования высокоструктурированных полимерножидкокристаллических композитов / Г.М. Жаркова, О.Ю. Подъячева, С.А. Стрельцов // Жидкие кристаллы и их практическое применение. 2015. № 3. С. 91-102.

10. Жаркова, Г. М., Петров А. П., Стрельцов С. А., Хачатурян В. М. Влияние температуры на свойства поляризационных голографических решёток, сформированных в жидкокристаллических композитах / Г.М. Жаркова, А.П. Петров, С.А. Стрельцов, В.М. Хачатурян // Автометрия. 2012. № 4. С. 55-59.

11. Михайлин, Ю.А. Жидкокристаллические полимеры / Ю.А. Михайлин // Полимерные материалы. 2006. №2. С. 24-30.

12. Евдулов, О.В., Магомедова К.А., Миспахов И.Ш. Устройство для определения и визуализации температурных полей плоских объектов / О.В. Евдулов, К.А. Магомедова, И.Ш. Миспахов // Материалы Всероссийской молодежной НПК "Программно-техническое обеспечение автоматизированных систем". Барнаул: АГТУ. 2018. С.115-117.

13. Анатычук, Л.И. Термоэлектричество. Термоэлектрические преобразователи энергии / Л.И. Анатычук. Киев, Черновцы: Институт термоэлектричества, 2003. 376 с.

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

15. Nagase, K. Development of durability testing for thermoelectric power generation module / K. Nagase, A. Yamamoto // Journal of Kinzoku materials science and technology. 2016. №3. рр.1347-1364.

16. Rowe, D.M. Thermoelectrics and its energy harvesting, materials, preparation and characterization / D.M. Rowe. BocaRaton: CRC Press. 2012. 567 p.

17. Goldsmid, H.J. Introduction to thermoelectricity / H.J. Goldsmid. New York: Springer, 2010. 121 p.

18. Goldsmid, H.J. Thermoelectric refrigeration / H.J. Goldsmid. New York: Springer, 2013. 240 p.

19. http://www.kryotherm.spb.ru (дата доступа 18.01.2021 г.).

20. https://www.yalosindicator.com (дата доступа 18.01.2021 г.).