The hybrid cooling system of onboard infrared detectors on the basis of vortex and thermoelectric effects

Abstract

Представлена схема гибридной системы охлаждения бортовых ИК-приемников на основе вихревого и термоэлектрического эффектов. Проведен расчет вихревой трубы для охлаждения полупроводникового прибора, выделяющего мощность W k = 100 Вт. Потребная температура холодного потока Т х =-30 о С и допустимый подогрев его при охлаждении прибора не превышает ∆t k = 10 о С при давлении p х = 0,1 МПа. Температура воздуха на входе в вихревую трубу Т 1 = 20 о С. Проведен расчет геометрических параметров вихревой трубы. Проведен расчет характеристик термоэлектрического модуля и системы охлаждения в программе Kryotherm. На основании расчета выбран четырехкаскадный модуль TB-4-(59-31-11-4)-1,5 российской компании KRYOTHERM. Этот модуль способен обеспечить разницу температур ∆T max = 118 К, при следующих параметрах: I max = 0,8 А; U max = 6,9 В; R ac = 3,48 Ом; Q max = 0,4 Вт. На основании данных, полученных в результате численного моделирования проточной части вихревой трубы в программе ANSYS и подбора оптимального термоэлектрического модуля в программе Kryotherm, была предложена гибридная система охлаждения. Произведен анализ энергетической эффективности прилагаемой системы охлаждения. Ключевые слова: гибридная система охлаждения, вихревая труба, термоэлектрический модуль, эксергетический КПД системы.

The Vortex Aircooler System for Cutting Materials in Aerospace Industry

“…As a result of the intense turbulent interaction of these vortices, a cooled gas exits through the diaphragm, and a hot gas through the choke. [1] There are a large number of papers, including [1][2][3][4][5]7], in which differential equations describing the processes of turbulent energy-mass exchange are presented. The numerical solution of these equations explains the processes qualitatively but does not show them quantitatively.…”

“…The range of values of the function variables is given in Table 2. The dependence (7) showed the greatest convergence with the empirical technique given in [1]. By this method, the basic geometric parameters of the vortex tube for cooling the object with heat release up to 1 kW:  diameter of the vortex tube 17.9 mm;  the height and width of the nozzle should be 3.5 mm and 7 mm;  diameter of the aperture 9.6 mm;  length of the vortex tube is not less than 161,1мм…”

Rational Control by Temperature in Vortex Energy Separator Under Destabilizing Effects

“…VESs were developed for the individual conditioning of the pilot suit (Merkulov, 1992). VESs have been successfully used as cooling blocks for onboard electronic equipment on an aircraft, in anti-icing systems (Biryuk et al, 2021), and in air conditioning systems for aircraft cabins (Barbonov et al, 2017).…”