Теорія функціонально-градієнтних термоелементів і модулів на їх основі - Автореферат

Національна академія наук України Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наукРобота виконана в Інституті термоелектрики Національної академії наук України та Міністерства освіти і науки України. Науковий консультант: академік Національної академії наук України, доктор фізико-математичних наук Анатичук Лукян Іванович, Інститут термоелектрики Національної академії наук України та Міністерства освіти і науки України Лашкарьова, головний науковий співробітник доктор фізико-математичних наук, професор Снарський Андрій Олександрович, Національний технічний університет України “КПІ”, професор кафедри загальної та теоретичної фізики доктор фізико-математичних наук, професор Гуцул Іван Васильович, Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича, декан фізичного факультетуТермоелектрика є пріоритетним науково-технічним напрямком, в основі якого лежать дослідження і практичне застосування термоелектричних ефектів, які проявляються в термоелементах. До таких матеріалів відносяться композитні структури, наприклад, порошкові, з квантовими ямами, матеріали на основі надграток, одновимірні структури, органічні напівпровідники та ін. На відміну від термоелементів з однорідних матеріалів, де обєктом оптимізації є найбільш прийнятні концентрації домішок, тобто числа, в матеріалах з програмованою неоднорідністю обєктом оптимізації є функції, які описують зміну вздовж висоти вітки концентрації домішки, складу матеріалу чи величини зовнішнього впливу, наприклад, магнітного поля. Робота та напрямки її досліджень виконані у відповідності з планами науково-дослідних робіт Інституту термоелектрики Національної Академії наук України та Міністерства освіти і науки України за темами: “Дослідження комбінованих термоелектричних систем охолодження” (№ державної реєстрації UA01006722P), участь автора - науковий керівник; “Дослідження можливості граничного охолодження термоелектричними ефектами” (№ державної реєстрації UA01006715P), участь автора - відповідальний виконавець; “Оптимальне керування в термоелектричному матеріалознавстві” (№ державної реєстрації UA01006721P), участь автора - відповідальний виконавець; “Дослідження по створенню високоефективних каскадних перетворювачів енергії” (№ державної реєстрації UA01006723Р), участь автора - відповідальний виконавець; “Оптимальне управління неоднорідністю напівпровідникових термоелектричних структур для створення нового класу високоякісних термоелектричних матеріалів” (№ державної реєстрації 0195U026020), участь автора - відповідальний виконавець; “Багатофункціональна теорія оптимального керування властивостями термоелектричних систем” (№ державної реєстрації 0197U016447), участь автора - відповідальний виконавець; “Дослідження по створенню екологічно чистих та ресурсозберігаючих високоефективних термоелектричних перетворювачів енергії” (№ державної реєстрації 0197U016452), участь автора - відповідальний виконавець; “Матеріалознавство високоефективних термоелектричних речовин, включаючи матеріали з програмованою неоднорідністю та композити” (№ державної реєстрації 0298U001925), участь автора - відповідальний виконавець; “Матеріалознавство каскадних термоелектричних структур” (№ державної реєстрації 0103U005032), участь автора - відповідальний виконавець; “Компютерне проектування термоелектричних структур, матеріалознавче забезпечення їх створення, комутації і обробки” (№ державної реєстрації 0103U005027), участь автора - відповідальний виконавець. Для досягнення поставленої мети у роботі використовувались методи термодинаміки незворотних процесів у застосуванні до термоелектричного перетворення енергії в неоднорідних термоелектричних матеріалах; методи математичної фізики для визначення температурних полів і розподілів теплового потоку у вітках неоднорідних термоелементів; методи математичної теорії оптимального керування для побудови оптимальних функцій неоднорідності термоелектричних матеріалів і визначення оптимальних характеристик модулів з таких матеріалів; методи компютерного моделювання й проектування термоелектричних модулів для охолоджувачів і генераторів.Основні припущення стосувалися використання наближеної системи алгебраїчних рівнянь теплового балансу між секціями віток із постійними незалежними від температури значеннями параметрів матеріалів кожної секції за умов фіксованих неоптимальних значень міжсекційних температур та нехтування впливу контактних опорів на границях між секціями. Розвязані цим методом задачі знаходження оптимального розподілу концентрації носіїв струму вздовж висоти віток термоелемента для підвищення його максимального перепаду температури, холодильного коефіцієнта або ККД відносяться до найпростіших задач оптимального керування в термоелектриці.

Основний зміст роботи