Модель взаємозв'язку геометрії гілок термоелементів і показників надійності при проектуванні двокаскадних охолоджувачів в режимі мінімуму інтенсивності відмов

Abstract

Розглянуто конструктивний метод підвищення показників надійності (інтенсивності відмов і ймовірності безвідмовної роботи) двокаскадних термоелектричних охолоджуючих пристроїв в режимі мінімуму інтенсивності відмов. У двокаскадних охолоджуючих пристроях є істотними взаємний вплив каскадів, підвищення перепаду температур, що вимагає аналізу зв'язку показників надійності з енергетичними показниками і конструктивними параметрами охолоджувача. Метою досліджень було підвищення показників надійності двокаскадного термоелектричного охолоджувального пристрою за рахунок варіації геометрії термоелементів і їх розподілів в каскадах в робочому діапазоні перепадів температур функціонування охолоджувача в режимі мінімуму інтенсивності відмов. Для досягнення цієї мети розв'язано завдання: створення моделі зв'язку показників надійності з конструктивними параметрами і енергетичними показниками охолоджувача; визначення значень показників надійності термоелектричного охолоджувача при різних значеннях геометрії термоелементів, перепадів температур і теплового навантаження.  Розроблено математичну модель двокаскадного термоелектричного охолоджувача, що зв'язує показники надійності з енергетичними показниками і конструктивними параметрами термоелементів в робочому діапазоні температур функціонування виробу, що забезпечує можливість проектування термоелектричних охолоджувачів підвищеної надійності.  Аналіз результатів моделювання показав, що при заданому перепаді температур і теплового навантаження, зменшення відношення висоти термоелемента до його поперечного перерізу: збільшується величина максимального робочого струму в каскадах; зменшується сумарна кількість термоелементів; зменшується загальне падіння напруги; зменшується інтенсивність відмов і збільшується ймовірність безвідмовної роботи термоелектричного охолоджувача. З ростом температури для різних значень геометрії термоелементів і заданого теплового навантаження: зменшується холодильний коефіцієнт; збільшується відношення кількості термоелементів в каскадах; збільшується відносний перепад температури в каскадах і робочий струм; збільшується інтенсивність відмов. Залежність відносної інтенсивності відмов від перепаду температур має явно виражений нелінійний характер і зростає в діапазоні високих температурних перепадів. Практичним результатом досліджень стало те, що для двокаскадних охолоджувачів з однаковою геометрією гілок термоелементів в каскадах за рахунок зменшення відношення висоти термоелемента до площі поперечного перерізу можна в 2-10 разів зменшити інтенсивність відмов і підвищити ймовірність безвідмовної роботи.