§ 7. ТЕПЛООТВОДЯЩАЯ СИСТЕМА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕПЛОЕМКОСТИ
Одним из возможных способов отвода тепла от термоэлектрической батареи может быть использование материалов с высокой удельной теплоемкостью. В этом случае тепло, выделяющееся на горячих спаях термобатареи, будет расходоваться на увеличение температуры теплоприемника, являющегося своеобразным аккумулятором тепла.
Процесс передачи тепла от термоохлаждающёго устройства на теплоприемник будет нестационарным. С течением времени температура теплоприемника будет возрастать, и соответственно зтому количество принимаемого им от термобатареи тепла будет уменьшаться. Кроме того, теплообмен теплоприемника с окружающей средой также не будет постоянным во времени.
В первом приближении для количественной оценки основных параметров подобного устройства можно пренебречь теплообменом теплоприемника с окружающей средой, изменением теплоемкости с температурой и изменением со временем количества тепла, поступающего от термобатареи к теплоприемнику. В этом случае решение задачи значительно упрощается и для
определения массы теплоприемника можно с достаточной степенью точности пользоваться соотношением:
где
масса теплоприемника,
количество тепла, поступающего от термобатареи на теплоприемник,
с — теплоемкость теплоотводящего материала,
— время, в течение которого должна работать система,
изменение температуры теплоприемника за время
Следует отметить, что приведенное соотношение справедливо при условии, что
где
величина, зависящая от геометрических размеров и некоторых физических параметров материала теплоприемника:
где
теплопроводность,
с — теплоемкость, кал.
плотность,
линейный размер, см.
Иными словами, величина
характеризует скорость распространения тепла в материале теплоприемника.
Ниже приводится примерный расчет теплоотводящей системы, использующей теплоемкость материала. Задаемся следующими исходными данными:
1) термоэлектрическая батарея выделяет на горячих спаях
2) время работы батареи
3) по истечении 5 мин. температура теплоприемника должна возрасти не более чем на
4) в качестве материала теплоприемника используется алюминий
5) теплоприемник выполнен в виде цилиндра высотой 5 см.
Масса теплоприемника будет равна
Исходя из параметров заданного материала и геометрии теплоприемника, определяем величину
:
Так как заданное время работы системы равно 300 сек., то условие
выполняется и выбранное значение массы теплоприемника будет достаточным для удовлетворения поставленных требований.