Влияние тепловой нагрузки на показатели надежности двухкаскадных термоэлектрических охлаждающих устройств Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

базового елемента налаштовуваної сортувальної мережі.

Визначені розрядності складових та отримані вирази для оцінки апаратної та часової складності налаштовуваних сортувальних мереж, а також їх ефективності.

Література

1. Мельник А.О. Архітектура комп’ютера / А.О. Мельник.-

Луцьк: Волинська обл. друк, 2008. - 470 с.

2. Кун С. Матричные процессоры на СБИС: Пер. с англ. / С.

Кун. - М.: Мир, 1991. - 672с.

3. Мельник А.О. Принципи побудови буферної сортувальної

пам'яті / А.О. Мельник // Вісник Державного університету “Львівська Політехніка” “Комп'ютерна інженерія та

інформаційні технології”. - 1996. - Ш07.-с.65-71. -----------------□ □----------------------

Отримано співвідношення для оцінки впливу теплового навантаження на показники надійності двокаскадних ТЕУ різних конструкцій при заданому перепаді температури. Наведено порівняльний аналіз показників надійності та основних значущих параметрів двокаскадних ТЕП.

Ключові слова: надійність,

двокаскадні термоелектричні

охолоджувальні пристрої.

□-----------------------------------□

Получены соотношения для оценки влияния тепловой нагрузки на показатели надежности двухкаскадных ТЭУ различных конструкций при заданном перепаде температуры. Приведен сравнительный анализ показателей надежности и основных значимых параметров двухкаскадных ТЭУ.

Ключевые слова: надежность, термоэлектрические охлаждающие устройства.

□-----------------------------------□

Relations are obtained to assess the effect of heat load on the two-stage reliability thermoelectric cooling device of various designs for a given temperature drop. An analysis of reliability and two-stage main relevant parameters thermoelectric cooling device.

Key words: reliability, two-cascade thermoelectric cooling device.

-----------------□ □----------------------

4. Мельник А.О. Спеціалізовані комп’ютерні системи ре-

ального часу / А.О. Мельник. - Львів: НУ „Львівська політехніка”, 1996. - 60 с.

5. Мельник Анатолій. Структурна організація пам’яті з впо-

рядкованим доступом на основі сортувальних мереж/ Анатолій Мельник, Д.Х. Аль Равашдех // Науково-технічний журнал Національного аерокосмічного університету ім М.Є. Жуковського «ХАІ» «Радіоелектронні і комп’ютерні системи» .-2010.-№6 (47).- с. 15-19.

6. Мельник А.А. Элемент сортировочной сети / А.А. Мель-

ник, В.С. Илькив. АС №1603367, БИ № 40, 1990.

7. Майоров С.А. Принципи организации цифрових машин/

Майоров С.А., Новиков Г.И. Л. «Машиностроение», Ленинградское отд-ние, 1974, 431 с.

УДК 621.362-192

ВЛИЯНИЕ ТЕПЛОВОЙ НАГРУЗКИ НА ПОКАЗАТЕЛИ

НАДЕЖНОСТИ

ДВУХКАСКАДНЫХ

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

ОХЛАЖДАЮЩИХ

УСТРОЙСТВ

В. П. Зайков

Кандидат технических наук, старший научный сотрудник,

начальник сектора

Государственное предприятие «Научно-исследовательский

институт «Шторм» ул. Терешковой, 27, г. Одесса, Украина, 65078 Контактный тел.: (044) 45—49—17 Е-mail: [email protected]

В. И. Мещеряков

Доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой*

Контактный тел.: 050-336-32-78 Е-mail: [email protected]

А. А. Г натовская

Старший преподаватель* Контактный тел.: (044) 44-88-53 , 067-769-00-87 Е-mail: [email protected]

*Кафедра информатики Одесский государственный экологический университет ул. Львовская, 15, г. Одесса, Украина, 65101

1. Введение

В последнее время в термоэлектрическом приборостроении все более широкое применение нашли унифицированные ряды модулей и собранные на их основе

каскадные термоэлектрические охлаждающие устройства (ТЭУ) различных конструкций.

Применение каскадных ТЭУ обусловлено не только достижением максимально возможного уровня охлаждения, но и повышением экономичности охлаждения при

3

заданном перепаде температуры.

В ряде случаев при проектировании в распоряжении разработчика имеется ряд конструкций каскадных ТЭУ либо ряд унифицированных (стандартных) модулей, отличающихся друг от друга количеством термоэлементов заданной геометрии. Объект охлаждения (элемент электроники либо составная часть РЭА) характеризуется мощностью собственных тепловыделений, габаритами, массой, рабочей температурой, которые и определяют суммарную тепловую нагрузку.

2. Основная часть

Т - Т

®1 = —=—— - относительный перепад температур АТшах1

первого каскада, отн. ед.;

Т1 - промежуточная температура, К;

АТшах1 - максимальный перепад температур в первом каскаде, К;

п1 - количество термоэлементов в первом каскаде, шт. последовательное электрическое соединение каскадов определяет равенство рабочих токов в каскадах, которое можно записать в виде:

1 шах 1 В1 = 1шах2 В2 (2)

При компоновке каскадного ТЭУ необходимо оценить влияние тепловой нагрузки на основные параметры и показатели надежности при заданном перепаде температур. Для этой цели необходимо при заданном перепаде температур АТ и выбранной конструкции ТЭУ (количеством термоэлементов в первом п1 и втором П2 каскадах) определить основные значимые параметры, а именно, относительные рабочие токи В1 и В2 и относительные перепады температур ®1 и ©2 в каскадах в зависимости от величины тепловой нагрузки и затем оценить показатели надежности ТЭУ, чему и посвящена настоящая работа.

В настоящей работе рассмотрены двухкаскадные ТЭУ с последовательным электрическим соединением каскадов, которые, как правило, собираются на базе унифицированных и одинаковых ветвей термоэлементов или стандартных модулей с такими ветвями. При определении показателей надежности каскадного ТЭУ, а именно интенсивности отказов X либо вероятности безотказной работы Р полагаем, что все ветви термоэлементов ТЭУ, в том числе и каскады, соединены электрически последовательно. При этом выход из строя любого термоэлемента (ветви) приводит к выходу из строя модуля, каскада и устройства в целом.

События, заключающиеся в выходе термоэлементов из строя, принимаются независимыми [1]. Кроме того, каждый каскад работает в различных температурных условиях, при различных тепловых нагрузках, что приводит к изменению основных значимых параметров ТЭУ [2, 3] и это необходимо учитывать при оценке показателей надежности каскадного ТЭУ заданной конструкции. Для решения поставленной задачи воспользуемся следующими соотношениями:

Холодопроизводительность Ц двухкаскадного ТЭУ можно записать в виде:

°о = и11тах1^1 (2В1 - В1 - ®1) (1)

относительный рабочий ток второ-

где в2 = 1------

шах 2

го каскада, отн. ед.;

1шах2 = 2р 1 - максимальный рабочий ток второго

_«2

каскада, А;

е2 - коэффициент термоэдс ветви термоэлемента второго каскада, В/К;

К - и электрическое сопротивление ветви термоэлемента второго каскада, Ом.

Общий перепад температур на двухкаскадном ТЭУ

можно записать в виде:

пК—2

АТ*—2 = А7 + А72 = АТшах1 ©1 + А7шах2 ©2

(3)

где АТ1 = Т1 - Т0 - перепад температур в первом каскаде, К;

АТ2 = Т - Т - перепад температур во втором каскаде, К;

Т - температура тепловыделяющего спая второго каскада, К;

©, =

т - т

АТ

относительный перепад температур

шах2

во втором каскаде, отн. ед.;

АТшах2 - максимальный перепад температур во втором каскаде, К;

Условие теплового сопряжения каскадов можно записать в виде:

б02 = ^1 + б0 (4)

где О02 = и2|1шах2^2 (2В В ®2)

К

1 = 2п 1^1 Я Ві {Ві + АТЩх1 011

где 1п

е1 То

Я

максимальный рабочий ток пер-

вого каскада, А;

То - температура теплопоглощающего спая первого каскада, К;

е^ - коэффициент термоэдс ветви термоэлемента первого каскада, В/К;

- электрическое сопротивление ветви термоэлемента первого каскада, Ом;

В

1 I

-'шах1 каскада, отн. ед.;

- относительный рабочий ток первого

Подставив выражения (2...4) в (1) получим: 2ВЬ - В]_2с + 2В13а АТшах1 - АТ

О 111 т АТ

С — _ 0 шах 2

П11шах1Я1

АТ

тах1

, (5)

г а = П11шах1Я1 ; Д — А7Шах1 + ^ ; ^ — 1тах1 + А7Шах1 ;

П21шах2Я2 А7шах2

I , АТ ,

шах 2 шах 2

АТ АТ I2

с — -ЩИІ + 4д ----------ш^ + _шах1 + 2д ;

АТ

Т I

0 шах 2

Обозначим:

с —

Оо

относительная тепловая нагрузка

2В3

3 АТш.

^ - В12с + 2В11 Ь + аС1

АТ

Т

АТ

АТ.

- Схй — 0 (6)

Для упрощения расчетов с погрешностью 1.5 % уравнение (6) можно записать в виде квадратного уравнения

АТ (7)

В\е + 2В11 Ь + аС1 -

АТ

- + С1Д — 0

Используя метод последовательных приближений, определяем основные значимые параметры В1, В2, ®1, ®2 с учетом температурной зависимости параметров. Достаточно двух-трех приближений. При этом ®1 и ®2 вычисляем по формулам:

®. = 2В1 - В - С; (8)

® = АТ -^ах1(2В1 - В2 - С). (9)

АТ

шах 2

АТ

А

П^В'^ (®2 + С2 )| В2 +

АТ

Т

(10)

к

п^Л

первого каскада, отн. ед.

Из выражения (5) получим соотношение для определения относительного рабочего тока В1 для заданных перепада температур и тепловой нагрузки.

\

\ \ П1/П2 :=0,1

\ \ \

\ \ \ \ \ 0.2

\ \ \ Л

\ \ \ \ \ \ \ 0,33

0,5 \ \ \ \ Л

\ \ \ \ \

\ \ \ \\ \

1,0, \ \ \ \ \

\ \ \ \\ \

\ \ \ Л \\

10 20 30 40 50

100 ДТ, К

Для двухкаскадного ТЭУ относительную величину интенсивности отказов можно записать в виде:

а пВ2 (®1 + С)^В +

' - К^л +

Рис. 1. Зависимость максимальной величины относительно тепловой нагрузки С1шах от перепада температур АТ

2-х каскадного ТЭУ для различных значений —1 = 1,0; 0,5; 0,33; 0,2; 0,1 при Т = 300К. П2

П1 С

С уменьшением отношения — величина С1шах уве-

П2

личивается при заданном перепаде температур. С ростом перепада температур величина С1шах уменьшается для

заданной конструкции двухкаскадного ТЭУ

1 + АТшах2 02 Т '

где: Ло - номинальная интенсивность отказов, 1/ч;

С Оо + ^

С2 = —72—~ - относительная тепловая нагрузка п21^ах2Я2

второго каскада, отн. ед.;

КТ1, КТ2 - коэффициенты значимости с учетом влияния пониженных температур [5].

Данные расчетов показателей надежности и основных значимых параметров сведены в таблицу 1 для Ц8 = 10 , Т = 300 К , АТ = 60 К, 70 К, 80 К при вариации отношения количества термоэлементов в смежных каскадах — = 0,5; 0,33; 0,2; 0,1 ( п = 9 ) и усредненном зна-П2

чении эффективности термоэлектрического модуля гн = 2,5 • 10-3 1/К. В дальнейшем для сокращения объе-

1 - В1; 2 - В2

ма рукописи приведены данные для — = 0,33 .

П2

Представленная на рисунке 1 функциональная зависимость (5) позволяет оценить величину максимальной тепловой нагрузки С1шах в зависимости от перепада тем-

Рис. 2. Зависимость относительного рабочего тока В1 , В2 в каскадах 2-х каскадного ТЭУ от относительной тепловой нагрузки С1 при АТ = 60К; 70К; 80К, Т = 300К,

п. — 9 , ^ — 0,33 1п

ператур АТ при вариации отношения — [4].

п

На рисунке 2 представлены зависимости относительного рабочего тока В1 и В2 в каскадах двухкаскадного

+

3

ТЭУ от относительной тепловой нагрузки С при

Т = 300К , АТ = 60К, 70К, 80К , п. = 9 , ^ = 0,33,

п2

что позволяет легко определить относительный рабочий ток при заданной величине С и АТ .

С ростом тепловой нагрузки величина относительного рабочего тока в каскадах В1 и В2 увеличивается при заданном перепаде температур АТ .

С ростом перепада температур АТ величина относительного рабочего тока В1 и В2 увеличивается при заданной тепловой нагрузке С1 .

С ростом тепловой нагрузки С1 величина относиЛ

тельной интенсивности отказов увеличивается (рис.

Л0

3) при различных значениях отношения — = 0,33 и

С ростом перепада температур АТ величина интенсивности отказов также увеличивается при заданной тепловой нагрузке С1 .

Характер зависимости Л = / (С1) (рис. 4) идентичен рисунку 3.

С ростом тепловой нагрузки С1 вероятность безотказной работы Р уменьшается при заданном перепаде температур АТ (рис. 5).

перепада температур

ЛдП,

1,0

АТ

0,6

ЛТ= 80К I

дт= 70К 1 дт- 60К 1

/

/

/ / /

/ ) /

/ / У / / /

/

Рис.5. Зависимость вероятности безотказной работы Р 2-х каскадного ТЭУ от относительной тепловой нагрузки

С АТ = 60К; 70К; 80К, Т = 300К, п — 9 , —

0,33

С ростом перепада температур АТ вероятность безотказной работы Р также уменьшается при заданной тепловой нагрузке С1 .

0,3

0,4

0,5

Таблица 1

Рис.

3. Зависимость относительной величины интенсив-2-х каскадного ТЭУ от

ности отказов

А А п

относительной тепловой нагрузки АТ = 60К; 70К; 80К, Т = 300К

С1

при

^- = 0,33 п0

АТ — 60 К

1 0,00 0,25 0,24 1,15 0,44 0,37 268,0 0,0 0,011 0,29 0,99997

2 0,18 0,30 0,29 1,40 0,41 0,40 266,0 0,1 0,024 0,64 0,99994

3 0,36 0,36 0,35 1,67 0,39 0,43 264,7 0,2 0,053 1,43 0,99986

4 0,54 0,43 0,41 1,98 0,37 0,445 263,4 0,3 0,106 2,87 0,99971

5 0,72 0,52 0,50 2,40 0,37 0,45 263,5 0,4 0,246 6,64 0,99934

6 0,90 0,70 0,68 3,25 0,40 0,40 266,0 0,5 0,850 23,00 0,99770

АТ — 70 К

1 0,00 0,34 0,32 1,55 0,56 0,46 262,3 0,0 0,040 1,08 0,99989

2 0,17 0,40 0,38 1,82 0,54 0,48 261,1 0,1 0,081 2,18 0,99978

3 0,33 0,48 0,46 2,20 0,53 0,495 260,7 0,2 0,178 4,80 0,99952

4 0,50 0,59 0,56 2,70 0,54 0,49 261,0 0,3 0,410 11,10 0,99890

5 0,58 тах 0,71 0,68 3,20 0,57 0,46 263,0 0,35 тах 0,890 24,05 0,99760

АТ — 80 К

1 0,00 0,49 0,45 2,10 0,74 0,54 258,0 0,0 0,178 4,82 0,99952

2 0,15 0,60 0,55 2,60 0,74 0,54 258,0 0,1 0,420 11,30 0,99887

3 0,29 тах 0,74 0,67 3,20 0,73 0,53 258,0 0,20 тах 0,940 25,45 0,99746

2

Рис. 4. Зависимость интенсивности отказов А 2-х каскадного ТЭУ от относительной тепловой нагрузки С1

при А7 = 60К; 70К; 80К, Т = 300К, п — 9 , — 0,33

п.

3. Выводы

Таким образом, предложена и рассмотрена модель взаимосвязи показателей надежности двухкаскадных ТЭУ различных конструкций с величиной тепловой на-

Е

грузки при последовательном электрическом соединении каскадов.

Полученные соотношения позволяют оценить влияние тепловой нагрузки на показатели надежности, а именно, интенсивности отказов и вероятности безотказной работы двухкаскадных ТЭУ различных конструкций

при

0,33; О,2;О,1 и перепадах температуры

АТ = 60 К, 70 К, 80 К, Т = 300 К .

Анализ расчетных данных показывает, что с ростом тепловой нагрузки при заданном перепаде температур интенсивность отказов двухкаскадных ТЭУ различных конструкций увеличивается, а, следовательно, уменьшается вероятность их безотказной работы. С ростом перепада температур АТ интенсивность отказов увеличива-

п1 о

ется при заданных значениях , и У0 .

п2 0

п1

С уменьшением отношения — интенсивность отка-

п2

зов увеличивается при заданных значениях АТ , 00 , п1.

приведенные данные указывают на возможность прогнозирования показателей надежности двухкаскадных ТЭУ различных конструкций в зависимости от величины

У статті розглядаються результати тестування моделей, які описують кореляційний зв’язок між крос-поляризаційною вибірностю

та затуханням внаслідок впливу гідрометеорів у вигляді дощу.

Ключові слова:XPD, крос-поляризація, кореляція.

□------------------------------------□

В статье рассматриваются результаты тестирования моделей, описывающих корреляционную связь между кросс-поляризационной избирательностью и затуханием вследствие воздействии гидрометеоров в виде дождя.

Ключевые слова: XPD, кросс-

поляризация, корреляция.

□------------------------------------□

The present article considers the results of testing of models describing the correlation between cross-polarization discrimination and co-polar attenuation due to rain.

Key words: XPD, cross-polarization, correlation.

тепловой нагрузки и условий функционирования. литература

1. Леонтьев, Л. П. Введение в теорию надежности радио-

электронной аппаратуры [Текст] / Л. П. Леонтьев. - Рига : Изд-во АН ЛССР, 1963 - 373 с.

2. Моисеев, В. Ф. Влияние режима работы охлаждающего

термоэлемента на показатели надежности термоэлектрического устройства [Текст] / В.Ф. Моисеев, В.П. Зайков / Журнал ТКЭА. - 2001. - № 4-5, С. 30-32.

3. Зайков, В. П. Влияние тепловой нагрузки на показатели

надежности термоэлектрического устройства [Текст] / В.П. Зайков, Л.А. Киншова, В.И. Марченко / Научнотехнический сборник ТРиО. - 2003. - Вып.№1. - С. 56- 62.

4. Зайков, В. П. Прогнозирование показателей надежности

двухкаскадных ТЭУ в режиме Q0max [Текст] / В. П. Зайков, Л. А. Киншова, Л. Д. Казанжи, Л.Ф. Храмова / Журнал ТКЭА. - 2009. - № 5, С. 34-37.

5. Зайков, В. П. Прогнозирование показателей надежности

термоэлектрических охлаждающих устройств [Текст] Книга 1. Однокаскадные устройства / В.П. Зайков, Л.А.

УДК 321.396.49

РЕЗУЛЬТАТЫ ТЕСТИРОВАНИЯ МОДЕЛЕЙ КРОСС-ПОЛЯРИЗАЦИОННОЙ ИЗБИРАТЕЛЬНОСТИ И ЗАТУХАНИЯ ВСЛЕДСТВИЕ

ДОЖДЯ

С. В. Ельченко

Инженер средств радио и телевидения ООО “ЭкостарУкраина” ул. Новгородская 11а, г. Харьков, Украина, 61145 Контактный тел.: 050-212-09-85 E-mail: [email protected]

1. введение

Опытным путем, в процессе анализа результатов измерений, обнаружена корреляционная связь между деполяризацией и затуханием вследствие воздействия на канал связи гидрометров в виде дождя, в следствие чего выведены несколько математических выражений, связывающих XPD и CPA («Cross-Polarization Discrimination» и «Co-Polar Attenuation»). Выражения XPD и CPA корреляции выведены при использовании теории рассеивания в дождевой капле и различный моделей

распределения размеров и формы дождевой капли. Эти выражения обычно включают в себя следующие переменные: частоту, угол наклона поляризации относительно горизонта, угол подъема канала, распределение угла наклона дождевой капли.

2.моделирование XPD и CPA корреляции

На сегодняшний день существует несколько моделей, которые получили широкое применение, описывающих

3