Результаты численного моделирования теплообмена при термостатировании поверхности каналов термоэлектрической генераторной установки
DOI:
https://doi.org/10.5281/zenodo.14018670Ключевые слова:
термоэлектрические генераторные модули, эффект Зеебека, эффект Ранка-Хилша, экспериментальная установка, оребрение переменной высоты, численное моделирование, теплообмен, плоские каналыЛицензия
Аннотация
В статье рассмотрена проблема снижения эффективности выработки электроэнергии термоэлектрической генераторной установкой за счет изменения температуры холодного и горячего потоков воздуха в процессе их движения внутри плоских каналов, решение которой заключается в обеспечении равномерности температурного поля или термостатировании поверхности стенок каналов, которое можно осуществить путем установки в полости каналов продольного оребрения с переменной высотой. Показана принципиальная схема разработанной экспериментальной установки, описан принцип ее действия, представлены результаты численного моделирования теплообмена в каналах при их базовой конструкции, при установке в них ребер с фиксированной высотой и ребер с переменной высотой, выполнено их сравнение, приведены расчетные значения полезной тепловой мощности для каждого из вариантов.
Скачивания
Библиографические ссылки
1. Семенов, В. С. Способы прямого преобразования тепловой энергии в электрическую / В. С. Семенов, А. В. Бейльман, И. В. Трифанов // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. – 2015. – Т. 2, № 11. – С. 124-126.
2. Белоусов, А. М. Исследование возможностей повышения энергоэффективности вихревой трубы Ранка – Хилша / А. М. Белоусов, И. Х. Исрафилов, С. И. Харчук // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. – 2015. – № 7-2. – С. 112-121.
3. Васильев, П. Ф. Применение термоэлектрических генераторов в условиях Крайнего Севера / П. Ф. Васильев, М. Л. Корякина // Энергетические системы. – 2017. – № 1. – С. 363-367.
4. Lukowicz, M. V. Thermoelectric generators on satellites—An approach for waste heat recovery in space / M. V. Lukowicz, E. Abbe, T. Schmiel // Energies. – 2016. – V. 9. – №. 7. – P. 541.
5. Базыкин, Д. А. Численное моделирование теплообмена и вариантов его интенсификации в профилированных каналах термоэлектрической генераторной установки / Д. А. Базыкин, С. В. Дахин, А. В. Бараков // Вестник Донецкого национального университета. Серия Г: Технические науки. – 2024. – № 1. – С. 82-92. – DOI 10.5281/zenodo.10974658. – EDN YKNZGR.
6. Виноградов, С. В. Модельная экспериментальная установка с термоэлектрическим генератором / С. В. Виноградов, К. Р. Халыков, Д. Н. Конг // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология. – 2010. – № 2. – С. 66-70.
7. Шостаковский, П. Современные термоэлектрические источники питания электронных устройств / П. Шостаковский // Компоненты и технологии. – 2015. – № 1(162). – С. 90-95.
8. Лемминг, А. Э. Решение задач энергетического обеспечения автономных объектов на основе термоэлектрических модулей / А. Э. Лемминг, П. Г. Шостаковский // Инновации. – 2018. – № 5(235). – С. 9-13.
9. Хабиров, Ф. Ф. Оценка возможности применения термоэлектрического преобразователя пельтье в котельных для нужд АПК / Ф. Ф. Хабиров, В. С. Вохмин, Я. Д. Осипов // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. – 2021. – № 1(195). – С. 115-121.
10. Хабиров, Ф. Ф. Разработка термоэлектрического генератора для слаботочных систем сельскохозяйственных предприятий / Ф. Ф. Хабиров, Вохмин В. С. // АПК России. – 2022. – Т. 29, № 4. – С. 490-499.
11. Дахин, С. В. К определению параметров оребрения при термостатировании поверхности теплообмена в условиях конвективной теплоотдачи / С. В. Духин // Вестник Воронежского государственного технического университета. – 2018. – Т. 14, № 6. – С. 87-91.
12. Pathak, K. K. A numerical study of natural convective heat transfer from a shrouded vertical variable height non-isothermal fin array / K. K. Pathak, A. Giri, P. Lingfa // Applied Thermal Engineering. – 2018. – V. 130. – P. 1310-1318.
13. Al-Sarkhi, A. Comparison between variable and constant height shrouded fin array subjected to forced convection heat transfer / A. Al-Sarkhi // International communications in heat and mass transfer. – 2005. – V. 32. – №. 3-4. – P. 548-556.
14. Золотоносов, А. Я. Математическая модель теплопроводности в длинном ребре переменной высоты с учетом изменения условий теплообмена / А. Я. Золотоносов, Я. Д. Золотоносов, Т. В. Белавина // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. – 2009. – № 2(12). – С. 190-196.
15. Huang, X. Performance analysis and design optimization of heat pipe sink with a variable height fin array under natural convection / X Huang, C Shi, J Zhou [et al.] // Applied Thermal Engineering. – 2019. – V. 159. – P. 113939.
16. Денисов, М. А. Математическое моделирование теплофизических процессов. ANSYS и CAE-проектирование: учебное пособие / М. А. Денисов. – Екатеринбург: Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина, 2011. – 149 с.
17. Lee, Y-L. Metal Fatigue Analysis Handbook: Practical problem-solving techniques for computer-aided engineering / Y-L. Lee, M. E. Barkey, H-T. Kang. – ButterworthHeinemann, Elsevier Inc., 2011. – 632 p.
REFERENCES LIST
1. Semenov, V. S. Sposoby priamogo preobrazovaniia teplovoi energii v elektricheskuiu / V. S. Semenov, A. V. Beilman, I. V. Trifanov // Aktualnye problemy aviatsii i kosmonavtiki. – 2015. – T. 2, № 11. – S. 124-126.
2. Belousov, A. M. Issledovanie vozmozhnostei povysheniia energoeffektivnosti vikhrevoi truby Ranka – Khilsha / A. M. Belousov, I. Kh. Israfilov, S. I. Kharchuk // Izvestiia Tulskogo gosudarstvennogo universiteta. Tekhnicheskie nauki. – 2015. – № 7-2. – S. 112-121.
3. Vasilev, P. F. Primenenie termoelektricheskikh generatorov v usloviiakh Krainego Severa / P. F. Vasilev, M. L. Koriakina // Energeticheskie sistemy. – 2017. – № 1. – S. 363-367.
4. Lukowicz, M. V. Thermoelectric generators on satellites—An approach for waste heat recovery in space / M. V. Lukowicz, E. Abbe, T. Schmiel // Energies. – 2016. – V. 9. – №. 7. – P. 541.
5. Bazykin, D. A. Chislennoe modelirovanie teploobmena i variantov ego intensifikatsii v profilirovannykh kanalakh termoelektricheskoi generatornoi ustanovki / D. A. Bazykin, S. V. Dakhin, A. V. Barakov // Vestnik Donetskogo natsionalnogo universiteta. Seriia G: Tekhnicheskie nauki. – 2024. – № 1. – S. 82-92. – DOI 10.5281/zenodo.10974658. – EDN YKNZGR.
6. Vinogradov, S. V. Modelnaia eksperimentalnaia ustanovka s termoelektricheskim generatorom / S. V. Vinogradov, K. R. Khalykov, D. N. Kong // Vestnik Astrakhanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Seriia: Morskaia tekhnika i tekhnologiia. – 2010. – № 2. – S. 66-70.
7. Shostakovskii, P. Sovremennye termoelektricheskie istochniki pitaniia elektronnykh ustroistv / P. Shostakovskii // Komponenty i tekhnologii. – 2015. – № 1(162). – S. 90-95.
8. Lemming, A. E. Reshenie zadach energeticheskogo obespecheniia avtonomnykh obieektov na osnove termoelektricheskikh modulei / A. E. Lemming, P. G. Shostakovskii // Innovatsii. – 2018. – № 5(235). – S. 9-13.
9. Khabirov, F. F. Otsenka vozmozhnosti primeneniia termoelektricheskogo preobrazovatelia pelte v kotelnykh dlia nuzhd APK / F. F. Khabirov, V. S. Vokhmin, Ia. D. Osipov // Vestnik Altaiskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. – 2021. – № 1(195). – S. 115-121.
10. Khabirov, F. F. Razrabotka termoelektricheskogo generatora dlia slabotochnykh sistem selskokhoziaistvennykh predpriiatii / F. F. Khabirov, Vokhmin V. S. // APK Rossii. – 2022. – T. 29, № 4. – S. 490-499.
11. Dakhin, S. V. K opredeleniiu parametrov orebreniia pri termostatirovanii poverkhnosti teploobmena v usloviiakh konvektivnoi teplootdachi / S. V. Dukhin // Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. – 2018. – T. 14, № 6. – S. 87-91.
12. Pathak, K. K. A numerical study of natural convective heat transfer from a shrouded vertical variable height non-isothermal fin array / K. K. Pathak, A. Giri, P. Lingfa // Applied Thermal Engineering. – 2018. – V. 130. – P. 1310-1318.
13. Al-Sarkhi, A. Comparison between variable and constant height shrouded fin array subjected to forced convection heat transfer / A. Al-Sarkhi // International communications in heat and mass transfer. – 2005. – V. 32. – №. 3-4. – P. 548-556.
14. Zolotonosov, A. Ia. Matematicheskaia model teploprovodnosti v dlinnom rebre peremennoi vysoty s uchetom izmeneniia uslovii teploobmena / A. Ia. Zolotonosov, Ia. D. Zolotonosov, T. V. Belavina // Izvestiia Kazanskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitelnogo universiteta. – 2009. – № 2(12). – S. 190-196.
15. Huang, X. Performance analysis and design optimization of heat pipe sink with a variable height fin array under natural convection / X Huang, C Shi, J Zhou [et al.] // Applied Thermal Engineering. – 2019. – V. 159. – P. 113939.
16. Denisov, M. A. Matematicheskoe modelirovanie teplofizicheskikh protsessov. ANSYS i CAE-proektirovanie: uchebnoe posobie / M. A. Denisov. – Ekaterinburg: Uralskii federalnyi universitet im. pervogo Prezidenta Rossii B.N. Eltsina, 2011. – 149 s.
17. Lee, Y-L. Metal Fatigue Analysis Handbook: Practical problem-solving techniques for computer-aided engineering / Y-L. Lee, M. E. Barkey, H-T. Kang. – ButterworthHeinemann, Elsevier Inc., 2011. – 632 p.
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.
Статьи журнала «Вестник Донецкого университета. Серия 04. Технические науки» находятся в открытом доступе и распространяются в соответствии с условиями Лицензионного Договора с Донецким Государственным университетом, который бесплатно предоставляет авторам неограниченное распространение и самостоятельное архивирование.
