پديد آورندگان :
ابوعلي‌شمشيري، مريم دانشگاه صنعتي خواجه نصيرالدين طوسي - دانشكده مهندسي مكانيك - گروه مهندسي خودرو، تهران , عسگري، مسعود دانشگاه صنعتي خواجه نصيرالدين طوسي - دانشكده مهندسي مكانيك - گروه مهندسي خودرو، تهران
چكيده فارسي :
در اين مقاله يك حل تئوري غيرخطي بر مبناي روش المان محدود براي شبيه‌سازي ژنراتورهاي ترموالكتريك ارايه شده است. به‌منظور استخراج خواص در آزمون تجربي و صحت‌سنجي حل تئوري ارايه‌شده، يك سامانه آزمايشگاهي طراحي و ساخته شد. سامانه شامل تعداد چهار ژنراتور ترموالكتريك پايه بيسموت تلورايد بوده كه بين يك هيتر برقي و بلوك‌هاي خنك‌كننده آبي قرار گرفته و در اثر اختلاف دماي ايجادشده برق توليد مي‌كنند. ابتدا معادلات حاكم با درنظرگرفتن كوپلينگ غيرخطي ترموالكتريك ارايه شده و سپس حل آن با استفاده از روش باقي‌مانده‌هاي وزني با كدنويسي در نرم‌افزار متلب به‌منظور تحليل غيرخطي ارايه شده است. در بخش بعدي طراحي و ساخت سامانه ترموالكتريك بررسي و روند انجام آزمايش‌هاي مربوطه شرح داده شده است. خواص ژنراتور شامل ضريب سيبك و مقاومت الكتريكي داخلي به دست آمده كه براي شبيه‌سازي در بخش بعدي استفاده مي‌شود. سامانه ابتدا در نرم‌افزار انسيس-فلوئنت شبيه‌سازي شده و پارامترهاي حرارتي- سيالاتي شامل توزيع دما و سرعت به دست آمده است. سپس شبيه‌سازي ترموالكتريكي با استفاده از كد المان محدود ارايه‌شده و نيز نرم‌افزار انسيس- ترمال الكتريك، انجام شد و مقادير ولتاژ، توان توليدي و بازده به دست آمده و با نتايج تجربي مقايسه و صحت‌سنجي شده است. نتايج حاصل بيانگر دقت مناسب مدل‌سازي ارايه شده است. همچنين تاثير پارامترهاي هندسي و شرايط مرزي دمايي بر عملكرد ژنراتورهاي ترموالكتريك، با استفاده از حل تئوريك ارايه‌شده، بررسي شده‌است.
چكيده لاتين :
In this paper, a nonlinear theoretical solution is proposed to simulate thermoelectric generators. A thermoelectric generator (TEG) setup was designed and constructed to measure the thermoelectric properties of a specified TEG, and, then, to validate the simulation results. The setup is composed of four bismuth telluride based TEGs, which are placed between an electrical heater and water cooled heatsinks to generate power as the result of the temperature difference. In the first section, the thermoelectricity phenomenon is introduced and governing equations are presented in order to develop the finite element solution by weighted residual Galerkin method. The FEM code is written in MATLAB software. In the second section, the designed and fabricated setup is explained and it is investigated how to perform the experiments. The TEG properties including the Seebeck coefficient and internal electrical resistance were measured, which are, then, used for setup simulation. First, the thermal-fluidic parameters including temperature and velocity distribution are obtained by simulation in Ansys-Fluent software. Then, the thermoelectricity simulation is performed by means of both the proposed finite element solution, and Ansys-Thermal electric software; so, the output voltage, power, and efficiency are calculated. The results indicate the accuracy of the modeling. Also, using the proposed finite element solution, the impact of the geometrical dimensions and temperature conditions on the TEG performance is investigated.
