Influence of the mean volumetric temperature of a thermoelement on reliability indicators and the dynamics of a cooler

Autor: Zaykov, Vladimir, Mescheryakov, Vladimir, Zhuravlov, Yurii
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2019
Předmět:
Zdroj: Eastern-European Journal of Enterprise Technologies; Том 1, № 8 (97) (2019): Energy-saving technologies and equipment; 36-42
Восточно-Европейский журнал передовых технологий; Том 1, № 8 (97) (2019): Энергосберегающие технологии и оборудование; 36-42
Східно-Європейський журнал передових технологій; Том 1, № 8 (97) (2019): Енергозберігаючі технології та обладнання; 36-42
ISSN: 1729-3774
1729-4061
Popis: Рассмотрено влияние среднеобъемной температуры ветви термоэлемента на основные параметры, показатели надежности и динамику функционирования термоэлектрического охладителя при различных перепадах температуры при заданной тепловой нагрузке, геометрии ветвей термоэлементов для характерных токовых режимов работы. Показано, что средняя температура термоэлемента, которая является опорной точкой при расчете энергетических показателей термоэлектрического охладителя, может быть использована только для расчетов в стационарном режиме работы. Использование ее в динамическом режиме приводит к значительным погрешностям. Обосновано, что для динамического режима такой опорной точкой может служить среднеобъемная температура термоэлектрической ветви. Определено соотношение для оценки среднеобъемной температуры в зависимости от относительного рабочего тока. Проанализированы связи среднеобъемной температуры термоэлемента, времени выхода на стационарный режим, необходимое количество термоэлементов, отличия между среднеобъемной и средней температурой, холодильного коэффициента в зависимости от относительного рабочего тока. Показано, что с ростом среднеобъемной температуры при заданном токовом режиме работы и перепаде температуры, превышающем 40К, величина рабочего тока, количество термоэлементов, мощность потребления, интенсивность отказов и постоянная времени уменьшается, а холодильный коэффициент возрастает. Время выхода на стационарный режим при переходе от режима минимума интенсивности отказов в режим максимальной холодопроизводительности, снижается на 5 %, а интенсивность отказов возрастает на 16 %.Практическая значимость проведенных исследований состоит как в повышении качества проектирования охладителей, так и выборе необходимых режимов термоэлектрической системы обеспечения тепловых режимов электронной аппаратуры в зависимости от значимости динамических или надежностных критериев управления
The paper deals with the influence of the mean volumetric temperature of a thermo-element branch on the basic parameters, reliability indicators and the dynamics of operation of thermo-electric cooler under different temperature changes at the assigned heat load, geometry of branches of thermo-elements for specific current operation modes. It was shown that the mean temperature of the thermo-element, which is a reference point when calculating the energy performance of the thermoelectric cooler, can be used only for calculations in the stationary operation mode. Its use in the dynamic mode leads to significant errors. It was proven that the mean volumetric temperature of a thermo-electric branch can be such a reference point for a dynamic mode. The ratio for assessment of the mean volumetric temperature depending on the relative operating current was determined. The relationships between the mean volumetric temperature of a thermo-element, the time required to enter a stationary mode, the required number of thermo-elements, the differences between the mean volumetric and the mean temperature, and a cooling coefficient, depending on the relative working current, were analyzed. It was shown that at an increase in the mean volumetric temperature at the assigned current operation mode and a temperature difference, exceeding 40K, the magnitude of operating current, the number of thermo-elements, consumption power, failure rate and time constant decrease and cooling factor increases. The time for entering a stationary mode during the transition from the mode of minimum failure rate to the mode of maximum cooling capacity decreases by 5 %, while the failure rate increases by 16 %.The practical significance of the conducted research is both to improve the quality of design of coolers and to select the necessary modes of thermo-electric system for ensuring thermal modes of electronic equipment depending on the importance of dynamic or reliability criteria of control
Розглянуто вплив середньооб’ємної температури гілки термоелементу на основні параметри, показники надійності і динаміку функціонування термоелектричного охолоджувача при різних перепадах температури при заданому тепловому навантаженні, геометрії гілок термоелементів для характерних струмових режимів роботи. Показано, що середня температура термоелементу, яка є опорною точкою при розрахунку енергетичних показників термоелектричного охолоджувача, може бути використана тільки для розрахунків в стаціонарному режимі роботи. Використання її в динамічному режимі призводить до значних похибок. Обґрунтовано, що для динамічного режиму такою опорною точкою може служити середньооб’ємна температура термоелектричної гілки. Визначено співвідношення для оцінки среднеоб'ємної температури в залежності від відносного робочого струму. Проаналізовано зв'язки среднеоб'ємної температури термоелемента, часу виходу на стаціонарний режим, необхідну кількість термоелементів, відмінності між среднеоб'ємної і середньою температурою, холодильного коефіцієнта в залежності від відносного робочого струму. Показано, що з ростом среднеоб'ємної температури при заданому струмовому режимі роботи і перепаді температури, що перевищує 40К, величина робочого струму, кількість термоелементів, потужність споживання, інтенсивність відмов і постійна часу зменшується, а холодильний коефіцієнт зростає. Час виходу на стаціонарний режим при переході від режиму мінімуму інтенсивності відмов в режим максимальної холодопродуктивності, знижується на 5 %, а інтенсивність відмов зростає на 16 %.Практична значимість проведених досліджень полягає як у підвищенні якості проектування охолоджувачів, так і виборі необхідних режимів термоелектричної системи забезпечення теплових режимів електронної апаратури в залежності від значимості динамічних або критеріїв управління по надійності
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: