- •Результаты измерений
- •Обработка экспериментальных данных
- •Холодопроизводительность и холодильный коэффициент
- •Расчёт параметров термоэлектрического охладителя на режиме максимальной энергетической эффективности
- •Расчёт параметров термоэлектрического охладителя на режиме максимальной холодопроизводительности
- •Построение графических зависимостей основных параметров термоэлектрического охладителя
Санкт-Петербургский Государственный Морской Технический Университет
Кафедра судовых энергетических установок, систем и оборудования
Отчёт о лабораторной работе
“Испытание термоэлектрического охладителя жидкости”
Выполнил: Cтудент группы 2431 Лебедев Б.В.
Проверил: Доцент Чернов А.И
Дата выполнения: 05.03.12
Санкт Петербург
2012 г.
Схема испытательного стенда
Рис. 1 – Схема лабораторной установки
В состав установки входят следующие элементы:
блок питания (на схеме не показан), обеспечивающий подачу постоянного тока напряжением (110±5)В к термобатарее теплового блока водоохладителя;
электрический водонагреватель с ТЭН (типовым элементом нагрева) и системой автоматического регулирования температуры; к водонагревателю подается переменный ток напряжением 220 В частотой 50 Гц;
термоэлектрический водоохладитель с тепловым блоком и блоком автоматического управления;
измерительный блок с преобразователями сигналов; к блоку подается переменный ток напряжением 220 В частотой 50 Гц;
персональный компьютер.
Результаты измерений
Таблица 1. Результаты первых 2-х измерений
Время |
Tв1, °C |
Tв2, °C |
Tг, °C |
Tх, °C |
Tw2, °C |
Tw1, °C |
U, В |
I, А |
05.03.2012 15:03:02 |
16,8 |
29,6 |
28,0 |
14,5 |
28,2 |
29,5 |
70,0 |
3,5 |
05.03.2012 15:21:12 |
17,5 |
28,1 |
26,8 |
7,4 |
15,4 |
29,8 |
70,0 |
3,5 |
Обработка экспериментальных данных
Холодопроизводительность и холодильный коэффициент
Расчётные формулы:
Количество тепла, отведенное от охлаждаемой воды, Вт:
, (1)
где - плотность воды, кг/м3 и - теплоемкость воды, кДж/(кг*К), определяются по средней температуре воды:
. (2)
Можно использовать аппроксимационные зависимости:
(3)
, (4)
промежуток времени, прошедшего с начала процесса охлаждения воды в водоохладителе, сек;
В приведенной формуле начальная температура воды принимается равной температуре в начале опыта, т.е. в момент нажатия кнопки «Старт»;
Количество тепла, выделившееся на радиаторе и отведенное воздухом, Вт:
, (5)
где:
(6)
- производительность вентиляторов (расход воздуха через радиатор водоохладителя), м3/с; - изобарная теплоемкость воздуха (кДж/кг*К), определяется по средней температуре воздуха:
(7)
из аппроксимационной зависимости:
(8)
- плотность воздуха определяется из уравнения состояния по средней температуре воздуха:
; (9)
(10)
- разность температур воздуха.
Мощность, потребляемая термобатареей (ТБ), состоящей из 10 термомодулей (ТМ), Вт:
; (11)
Коэффициент термо-ЭДС одного термоэлемента (ТЭ), Вт/(А*К):
, (12)
где = 17.8 Ом – общее сопротивление ветвей ТБ;
- общее число ветвей в 64-х термоэлементах десяти термомодулей: =2*64*10=1280.
Термоэлектрическая эффективность ТЭ, 1/К:
, (13)
где
= -450*Тср + 233500 (14)
- удельная электропроводность полупроводников ТЭ, [1/(Ом*м)];
= - 0.002*Тср +1.93 (15)
- коэффициент удельной теплопроводности ветвей ТЭ, [Вт/(м*К)];
Средняя температура горячего и холодного спаев, К:
; (16)
Максимальный перепад температур на ТЭ:
(17)
Приведенный перепад температуры:
; (18)
Сопротивление ветви ТЭ, Ом:
; (19)
Приведенная величина тока:
; (20)
Вспомогательные безразмерные коэффициенты:
; (21)
; (22)
Коэффициент теплопроводности ветви ТЭ, Вт/К:
; (23)
Количество тепла, поглощенное на холодных спаях ТБ, Вт:
; (24)
Количество тепла, выделившееся на горячих спаях ТБ, Вт:
; (25)
Холодильный коэффициент ТБ:
. (26)
В приведенных расчетных формулах принято, что одна половина Джоулевой теплоты
( ) переходит к горячим спаям, а другая - к холодным спаям.
Результаты расчёта по указанным выше формулам сведём в таблицу 3:
Таблица 3. Результаты расчёта
Время проведения испытания |
|
|
|
|
|
|
|
|
05.03.2012 15:03:02 |
28,200 |
995,898 |
5,461 |
0,000 |
0,000 |
0,024 |
23,200 |
1,031 |
05.03.2012 15:21:12 |
21,800 |
997,584 |
5,397 |
12,800 |
240,245 |
0,024 |
22,800 |
1,030 |
Таблица 3. Продолжение
Время проведения испытания |
|
|
|
N, Вт |
|
|
|
|
05.03.2012 15:03:02 |
1,192 |
12,800 |
379,562 |
246,400 |
0,000425 |
294,250 |
101087,499 |
1,3415 |
05.03.2012 15:21:12 |
1,193 |
10,600 |
317,426 |
247,100 |
0,000435 |
290,100 |
102955,000 |
1,3498 |
Таблица 3. Продолжение
Время проведения испытания |
Z, 1/К |
|
θ |
|
j, А |
φ |
ψ |
k, Вт/К |
05.03.2012 15:03:02 |
0,014 |
562,510 |
0,024 |
0,014 |
0,401 |
2,234 |
4,913 |
0,00095430 |
05.03.2012 15:21:12 |
0,014 |
566,476 |
0,034 |
0,013 |
0,382 |
2,357 |
4,988 |
0,00098924 |
Таблица 3. Продолжение
Время проведения испытания |
|
Вт |
ε |
05.03.2012 15:03:02 |
423,763 |
670,163 |
0,000 |
05.03.2012 15:21:12 |
412,413 |
668,239 |
0,972 |