Про можливість охолодження із застосуванням анізотропного діелектричного середовища

Анотація

У роботі вперше розглядаються 2 оригінальні методи охолодження на основі анізотропних діелектричних матеріалів. Перший метод охолодження застосовує уніполярний анізотропний діелектричний матеріал в якому процес охолодження проходить за допомогою вихорів електричного поля з ламінарним характером течії. Для таких конструкцій, у випадку коефіцієнта анізотропії матеріалу пластини 0<K<1, визначено: оптимальний кут орієнтації кристалографічниих осей γ=45°, коефіцієнт перетворення (m), холодопродуктивність (Q), глибину охолодження (∆T), коефіцієнт корисної дії (θ). Слід зазначити, що у цьому випадку коефіцієнт перетворення m_uni∈(0;1), а коефіцієнт корисної дії не перевищує 1. У якості можливих матеріалів, що можуть бути використані для такого охолоджувача, є монокристал дигідрофосфату калію (KDP). Розрахунковий перепад температур ∆T_uni, що при цьому досягається, знаходиться в межах 80-100 К. Другий метод охолодження застосовує біполярний анізотропний діелектричний матеріал з відповідним виникненням в ньому вихорів електричного поля з турбулентним характером течії. Конструкція охолоджувача у цьому випадку аналогічна попередній. Застосування біполярного анізотропного діелектричного матеріалу обумовлює виникнення в об’ємі пластини вихорів електричного струму з турбулентним характером течії, що взаємодіє з її внутрішньою енергію і значно підвищує ефективність охолодження. У цьому випадку, при коефіцієнті анізотропії 0<K<1, спостерігається значне зростання коефіцієнта перетворення m_bi в окремих випадках m_bi≫1. У випадку використання біполярного шарового штучно-анізотропного матеріалу на основі класичного діелектрика з додатнім коефіцієнтом діелектричної проникності і твердотільного метадіелектрика, що характеризується від’ємним значення коефіцієнта діелектричної проникності, глибина охолодження ∆T_bi у такого пристрою може досягати величин 200-250 К від кімнатної температури. Результати проведених досліджень показують перспективність використання таких пристроїв, як високоефективних холодильних елементів. Дані пристрої дозволяють здійснювати ефективну утилізацію та акумуляцію холоду, що виділяється, як від конкретних об’єктів, різних приладів і пристроїв, перекачуючи її в зовнішнє середовище. Проведені чисельні оцінки показують, що застосування запропонованого пристрою дасть значний екологічний та економічний ефекти