Модель виконавчого органу термоелектричної системи забезпечення теплових режимів

Анотація

Розглянуто умови створення математичної моделі термоелектричного охолоджувального пристрою надійності орієнтованого типу. В якості бази моделі використано конструктивну особливість термоелектричних охолоджувачів, що полягає в послідовному електричному з'єднанні однакових термоелементів з однорідними фізичними характеристиками. Це дозволило використовувати математичний апарат теорії надійності, що істотно спрощує опис процесу, прийнявши припущення про однорідність складових. Введення коефіцієнтів зв'язку інтенсивності відмов виробу з відмовою одного термоелемента дозволило пов'язати цей показник з впливом енергетичних показників, які відображають модуляцію теплофізичних показників термоелементів. Представлення енергетичних показників у відносних одиницях дозволило перейти від якісної моделі зв'язку інтенсивності відмов з конструктивними та енергетичними показниками до кількісної. Актуальність розвитку надійності орієнтованої моделі в напрямку виявлення екстремальних залежностей зв'язку показників термоелектричного охолоджувача очевидна. Розроблено математичну модель зв'язку тепловідвідної здатності тепловідводу від таких енергетичних показників, як теплопродуктивність, відносний робочий струм, перепад температур. Попередній аналіз моделі показав наявність екстремумів залежностей, що потенційно дозволяє мінімізувати масогабаритні характеристики тепловідводу, що відноситься до найважливіших параметрів бортових систем літальних апаратів. Показано, що при проектуванні системи забезпечення теплових режимів «об'єкт – термоелектричний охолоджувач – тепловідвідний пристрій» існує ряд уніфікованих серій промислово випускаються пристроїв. При цьому необхідна мінімізація масогабаритних характеристик системи забезпечення, що складаються з обмеженої номенклатури вироблених виробів. Для вирішення цього завдання розроблено оптимізаційну модель, що дозволяє отримувати квазіоптимальне значення при обмеженій кількості номенклатури. Отримано вирази, які дозволяють аналізувати поведінку термоелектричного охолоджувача при різних режимах роботи. Показано, що для режиму максимальної холодопродуктивності досягається оптимізоване значення тепловідвідної здатності від відносного перепаду температури. Отримано математичні моделі термоелектричного охолоджувального пристрою, які пов'язують конструктивні, енергетичні, масогабаритні та характеристики надійності. Аналіз цих залежностей дозволяє зробити багато корисних теоретичних і практичних висновків щодо екстремальних значень, діапазону зміни, зіставлення значень при різних струмових режимах роботи, впливу перепадів температур, доцільних областей застосування.