Учебное пособие 2172

Е.А. Выговская, В.Ф. Пономарев, Н.Ю. Табачкова // Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники.– 2010. – №1. – С. 58-62.

2. Simkin A.V Effect of contact surface condition on the adhesion strength of interconnect layers of thermoelements based on extruded bismuth telluride / Simkin A.V., Biryukov A.V., Repnikov N.I., Ivanov O.N. // Journal of Thermoelectricity, 2012.- N 2.- Р.76-82.

УДК 621.315.5:629.7.064-56

ТАНДЕМНЫЙ СОЛНЕЧНЫЙ ЭЛЕМЕНТ НА ОСНОВЕ ПЕРОВСКИТ - GаAs

Д.С. Саранин1, М.Н. Орлова2, С.Ю. Юрчук3, О.И. Рабинович4, П.А. Гостищев5, А.В. Паничкин6, М.П. Коновалов7, Ю.В. Осипов7, С.И. Диденко9

1Кан. физ.-мат. наук, доцент, rawork2008@mail.ru 2Кан. физ.-мат. наук, доцент., rawork2008@mail.ru 3Кан. физ.-мат. наук, доцент, rawork2008@mail.ru 4Кан. физ.-мат. наук, доцент, rawork2008@mail.ru 5 Аспирант, rawork2008@mail.ru

Кан. техн. наук, доцент, rawork2008@mail.ru 7Кан. физ.-мат. наук, доцент, rawork2008@mail.ru 8Кан. физ.-мат. наук, доцент, rawork2008@mail.ru 9Кан. физ.-мат. наук, доцент, rawork2008@mail.ru

Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Ленинский пр-т, д. 4, Москва, Россия

Аннотация: в работе рассмотрены тандемные солнечные элементы на основе p-i-n GaAs и перовскитной CH3NH3PbI3 подъячеек, включенных как последовательно, так и параллельно [1-3]. При экранировании подъячейки GaAs пленкой MAPbI3 наилучшее значение эффективности составило чуть более 20 %.

Ключевые слова: перовскитная фотовольтаика, GaAs, солнечный элемент, моделирование.

Проведено моделирование и сравнение характеристик тандемных структур, соединенных немонолитно (рис. 1).

221

Рис. 1. Схемы тандемных устройств (тандем GaAs-перовскит в режиме короткого замыкания)

Экспериментальные ВАХ характеристики получены с помощью Keithley 2400SMU при освещении образцов солнечным симулятором Thermo Oriel ABA.

Для измерения внешней квантовой эффективности использовали систему QE X6. Параметры структур (Rпос, Rшунт, n (коэффициент неидеальности), Jo темновой ток (ток насыщения)) получали с помощью многомерной оптимизации функции разности экспериментальной и теоретической характеристик. Ниже приведенное уравнение использовалось в качестве базового для построения теоретических характеристик:

J J0 exp q(U J Rпос) 1 U J Rпос JФ

n k T Rшунт.

Проведен анализ влияния параметров отдельных подъячеек на характеристики тандема. На рисунке 2 представлены теоретические и

экспериментальные ВАХ с параллельным и последовательным подключением.

Рис. 2. Теоретические и экспериментальные ВАХ с параллельным и последовательным подключениями.

Показано, что технологии GaAs и перовскита являются наиболее перспективными для применений тонкопленочной технологии металлоорганических полупроводников. Когда фототок подъячеек не сбалансирован, а значения Uх.х. близки, параллельное соединение предпочтительнее. При экранировании подъячейки GaAs пленкой MAPbI3 получена общая эффективность более 20 %, и достигнут ток Jк.з. - 41 мА/см2 с высокими значениями Uх.х. и коэффициента заполнения FF.

Литература

1.Ashurov N.R. State and prospects of solar cells based on perovkites / N.R. Ashurov, B.L. Oksengendler, A.A. Zakhidov // Applied solar energy.− 2016.− № 52

(1).− С. 5-15.

2.Orlova M.N. Film growth based on an organic basis for photovoltaic p-cells / M.N. Orlova, S.I. Didenko, O.I. Rabinovich, D.S. Saranin // Journal of nano and electronic physics.− 2015.−№ 7 (1).− С. 010131-010134.

3.Saranin D. Solar cell manufacturing method with the structure of the bulk heterojunction based on organic semiconductors with a direct architecture /

222

D.S. Saranin, M.N. Orlova, S.I. Didenko, O.I Rabinovich // Materials Science Forum.− 2016.−№ 845.− С. 224-227.

УДК 621.1.016.4 (03)

ТЕПЛООБМЕН ПРИ ЛАМИНРАНОМ ТЕЧЕНИИ НЬЮТОНОВСКОГО ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ В ПЛОСКОМ ПОРИСТОМ

КАНАЛЕ ПРИ СИММЕТРИЧНЫХ ГРАНИЧНЫХ УСЛОВИЯХ ПЕРВОГО РОДА

В.И. Ряжских1, Д.А. Коновалов2, И.Г. Дроздов3, Н.Н. Кожухов4, Д.П. Шматов5 1Д-р техн. наук, профессор, ryazhskih_vi@mail.ru

2Канд. техн. наук, dmikonovalov@yandex.ru 3Д-р техн. наук, профессор, drozdov_ig@mail.ru 4Канд. техн. наук, доцент, k0zhukhov@yandex.ru

5Канд. техн. наук, доцент, shmdm@ya.ru

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

Аннотация. Получено точное аналитическое решение задачи о теплообмене в пористом плоском канале при ламинарном течении вязкого несжимаемого теплоносителя с граничными условиями первого рода, в предположении, что течение является однонаправленным, фазовые переходы отсутствуют, а теплофизические свойства постоянны. Модель построена на основе уравнений Шумана в виде начально-краевой задачи для системы параболических уравнений относительно локальных температур теплоносителя и пористой матрицы. Найдено соотношение для локального числа Нуссельта и условие достижимости компактности теплопередающих систем с пористыми наполнителями.

Ключевые слова: пористая среда, теплообмен, плоский канал, число Нуссельта, условие компактности

Пористые наполнители проточных каналов теплопередающих систем различного предметного назначения существенно интенсифицируют теплопередачу [1], что обуславливает их более компактную конструкцию. Однако количественная оценка возможной степени компактности невозможна без анализа явлений теплопереноса в пористых средах на основе фундаментального подхода, использующего классические представления о сопряженном тепломассообмене [2].

В работе рассматривается теплообмен в плоском параллельном канале при движении вязкого несжимаемого теплоносителя в ламинарном режиме с разнотемпературными граничными условиями первого рода на «смоченных» поверхностях. Физическая модель пористых сред принята стандартной согласно [3]. Фазовые переходы отсутствуют. Течение теплоносителя однонаправленное, ламинарное в режиме идеального вытеснения[4], инерционными эффектами пренебрегаем. Обоснованность таких допущений экспериментально подтверждена в [5].

223

Изложенные выше соображения позволили воспользоваться представлением уравнений энергии в форме Шуманна [6] для плоского слоя в предположении, что диффузия теплоты в поперечном направлении потоку теплоносителя существенно больше, чем в аксиальном.

Tf 0,Y 1; Tf X,0 Ts X,0 0; Tf X,1 Ts X,1 0. Расшифровка обозначений приведена в [4].

Последовательным применением одностороннего интегрального преобразования Лапласа и конечно-интегрального синус-преобразования Фурье получено точное решение исходной системы:

Проведенный анализ показал, что использование пористого наполнителя всегда приводит к эффективному теплообмену. При этом для повышения

компактности необходимо увеличение комплекса B 2 C 2 , который

определяет теплофизические свойства системы, а также скорость подачи теплоносителя.

Литература

1.Delavar M.A., Azimi M. I Using porous for heat transfer enhancement in heat exchangers: review // J. of Eng. Science and Technology Review. – 2013. – v. 6.

–№ 1. – pp. 14-16.

2.Vafai K. Handbook of porous media. – NY: CRC Press Taylor & Francis Group, 2005. – 742 p.

3.Bear J., Bachmat Y. . Introduction to modeling of transport phenomena in porous media .– Netherlands: Kluwer Academic Publishers, 1991. – 553 p. // Int. J. Heat and Mass Transfer. – 1994. - v. 37. – №6. – pp. 939 – 954.

4.Анализ математической модели теплосъема с плоской поверхности ламинарно движущимся хладагентом через сопряженную пористую среду / В.И. Ряжских, Д.А. Коновалов, М.И. Слюсарев, И.Г. Дроздов // Вестник ЮУрГУ. Серия «Математическое моделирование и программирование». 2016. Т.9. №3. С. 68 – 81.

224

5.Izadpanah M.R., Muller – Steinhagen H., Vamilahmad: M. Experimental and theoretical studies of convective heat transfer in a cylindrical porous medium // Int. V. of Heat and Fluid Flow. – 1998. – V. 19. - № - pp. 629-635.

6.Gamal A.A., Furmanski P. Problems of modeling flow and heat transfer in porous media // Biuletyn Instytutu Techniki Cieplnej Politechniki Warszawskiej. – 1997. – № 85. – pp. 55-88.

УДК: 536.423.1

ТЕПЛООБМЕН ПРИ ПЛЁНОЧНОМ КИПЕНИИ НЕДОГРЕТЫХ СМЕСЕЙ ВОДА-ЭТАНОЛ ПОД ДАВЛЕНИЕМ

В.А. Рязанцев1, М.М. Виноградов2, А.Р. Забиров3, П.К. Канин4, В.В. Ягов5 1Магистр, zorro-001@yandex.ru

2Магистр, demon_d@inbox.ru

3Канд. техн. наук, zabirov.arslan@gmail.com

4Аспирант, kaninpk@live.com

5Д-р техн. наук, профессор, yagovvv@gmail.com

ФГБОУ ВО «НИУ «Московский энергетический институт»

Аннотация. В данной работе представлены экспериментальные результаты по охлаждению шара из нержавеющей стали в бинарной смеси вода-этанол при различных давлениях. Для расчета КТО на основе первичных термограмм охлаждения была использована программа Rteta, разработанная на кафедре ИТФ. В результате экспериментов было выявлено, что с увеличением давления повышается интенсивность теплоотдачи, а также температура перехода к интенсивному режиму охлаждения.

Ключевые слова: плёночное кипение, термограмма, коэффициент теплоотдачи, недогретая вода.

Интенсификация процесса кипения при высоких температурах поверхностей является важной прикладной задачей. Как известно, существуют три режима кипения: пузырьковый, переходный и пленочный. Характерной особенностью пленочного режима кипения является остутствие контакта жидкости с горячей поверхностью. Пузырьковое кипение, напротив, относится к одному из самых эффективных процессов, позволяющих отводить огромные тепловые потоки при невысоких температурных напорах [1]. Однако при высоких температурах стенки, как правило, наблюдается пленочное кипение, которое характеризуется низкими значениями КТО. Как впервые показано английскими исследователями, и позднее в работах МЭИ [2], при недогревах воды до температуры насыщения более 30К, охлаждение высокотемпературных тел отличается большими коэффициентами теплоотдачи, совершенно несвойственными для пленочного режима.

Существование необычного режима, наблюдаемого на воде, подтолкнуло к проведению комплекса исследований по изучению пленочного кипения. Для этого была создана экспериментальная установка, позволяющая изучать процессы охлаждения высокотемпературных поверхностей в различных жидкостях и разных степенях недогрева.

225

УДК: 536.24

ТЕПЛООТДАЧА ПЛАСТИНЧАТОЙ НАСАДКИ В РЕГЕНЕРАТИВНОМ ВОЗДУХОПОДОГРЕВАТЕЛЕ

Ю.А. Кирсанов1, Д.В. Макарушкин2 1Д-р техн. наук, доцент, kirsanov-yury@mail.ru

2Аспирант, atpp.danila@mail.ru

ФГБУН ФИЦ КазНЦ РАН

Аннотация. Описана лабораторная установка с регенеративным воздухоподогревателем для исследования теплоотдачи пакета параллельных пластин в кратковременных процессах. Результаты измерений средней теплоотдачи нескольких видов насадки при разной частоте регенерации обобщены критериальным уравнением теплоотдачи. Полученное критериальное уравнение использовано для теплового расчета регенератора РВВ-54 м в составе парогенератора ТГМ-84 Б. Сделана оценка экономического эффекта.

Ключевые слова: регенеративный воздухоподогреватель, частота регенерации, теплоотдача, критериальное уравнение, парогенератор.

Сложность измерения коэффициента теплоотдачи насадки, вращающейся вместе с ротором регенеративного воздухоподогревателя (РВП), является причиной, по которой тепловые расчеты РВП производят по критериальным уравнениям теплоотдачи, полученным в стационарных условиях [1]. Целью работы является исследование средней за период теплоотдачи пакета пластин, применяемого в качестве насадки РВП, при разной частоте регенерации.

Исследования теплоотдачи проводились на стенде, состоящем из нагнетателей воздуха, воздуховодов с расходомерами, электрического нагревателя на одном из воздуховодов, рабочего участка – РВП переключающегося типа, блока перемещения рабочего участка, системы автоматического управления и автоматизированной системы измерения.

Обработка результатов прямых измерений производилась по методике, описанной ранее [2]. Значения средних за период чисел Нуссельта, полученных в отдельных опытах (около 200) с пакетами гладких пластин нескольких видов, были обобщены критериальным уравнением регрессии:

число Рейнольдса; wf – средняя скорость теплоносителя, м/с; dý –

эквивалентный гидравлический диаметр межпластинных каналов, м;

227

Fo 4aw p 2w – число Фурье; aw – коэффициент температуропроводности материала насадки, м2/с; p – длительность рабочего периода, с; w – толщина

пластины, м.

Полученное уравнение (1) использовано для теплового расчета регенератора РВВ-54 м, работающего в составе котла ТГМ-84 Б, при сжигании мазута-100. Базовыми значениями Nust в этом случае служили числа Нуссельта, рассчитанные по критериальным уравнениям, рекомендованным для штатной насадки регенератора РВВ-54 м [4]. Тепловой расчет котла с двумя параллельно установленными РВП выполнен по известной методике [5].

Расчеты показали, что с учетом влияния на теплоотдачу насадки в РВП частоты регенерации действительное значение минимальной температуры насадки в холодной части РВВ-54 м ниже, чем это предсказывают аналогичные расчеты, полученные при расчете теплоотдачи по базовым значениям Nust . Повышение точности теплового расчета РВП и оценки минимальной температуры насадки позволяет принять адекватные меры, предотвращающие сернокислотную коррозию в аппарате. Экономический эффект от предотвращения сернокислотной коррозии составляет, по скромным оценкам, более 21∙106 руб/год на один котел ТГМ-84 Б.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ и Правительства Республики Татарстан по научному проекту № 18-48-160012 р_а.

Литература

1.Воздухоподогреватели котельных установок / Добряков Т.С., Мигай В.К., Назаренко В.С., Надыров И.И., Федоров И.И. – Л.: Энергия, 1977. 184 с.

2.Кирсанов Ю.А., Юдахин А.Е., Макарушкин Д.В., Кирсанов А.Ю. Методика исследования теплоотдачи в регенеративном воздухоподогревателе // Труды Академэнерго. 2018. № 2. С. 29-44.

3.Кутателадзе С.С. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление: Справочное пособие. – М.: Энергоатомиздат, 1990. 367 с.

4.Тепловой расчет котлов (Нормативный метод). Издание 3-е, переработанное и дополненное. – СПб.: Изд. НПО ЦКТИ, 1998. 256 с.

5.Кирсанов, Ю.А. Циклические тепловые процессы и теория теплопроводности в регенеративных воздухоподогревателях – М.: Физматлит, 2007. 240 с.

228

УДК 621.315.592

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТРУКТУР SiGe, ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНОГО

ПЛАЗМЕННОГО СПЕКАНИЯ

Ю.М. Кузнецов1, М.В. Дорохин2, Е.А. Ланцев3, А.А. Попов4 1Аспирант, yurakz94@list.ru

2Д-р физ.-мат. наук, зав. лаборатории НИФТИ ННГУ

3Аспирант, elancev@nifti.unn.ru

4Аспирант, feel-host@yandex.ru

НИФТИ ННГУ «Нижегородский физико-технический университет» ННГУ «Нижегородский государственный университет им. Лобачевского»

Аннотация. В данной работе представлены результаты исследования зависимости термоэлектрических параметров SiGeструктур, полученных методом электроимпульсного плазменного спекания, от концентрации легирующей примеси при одинаковом размере зёрен в структуре. Приведены температурные зависимости факторов термоэлектрической добротностиZT.

Ключевые слова: термоэлектрик, электроимпульсное спекание, коэффициент Зеебека, фактор мощности, термоэлектрическая добротность.

Экологические проблемы, связанные, в первую очередь, с неэффективным использованием топливных ресурсов, поднимают вопрос развития альтернативных источников электрической энергии, в частности, маломощных автономных источников питания, которыми могут служить термоэлектрики. Это материалы, в которых на противоположных гранях, находящихся в различных температурных условиях, возникает напряжение.

Полупроводниковый материал на основе Si и Ge является широко известным высокотемпературным термоэлектриком [1]. Современные тенденции технологии термоэлектриков связаны с созданием материалов с ультрамелкозернистой поликристаллической структурой, которая обеспечивает низкие значения теплопроводности при сохранении высоких коэффициента Зеебека и электропроводности [2-3]. Также, в отличие от монокристаллов, показатели эффективности поликристаллических термоэлектриков определяются размерами зерна и свойствами границ зёрен. Контроль указанных параметров обеспечит управление свойствами термоэлектрических преобразователей энергии.

229