Перейти до змісту
Електронне моделювання
UK EN
Меню

Моделювання плоских термоелектричних модулів з різною геометричною формою напівпровідникового матеріалу

О.С. Поворознюк, аспірант, А.М. Топалов, канд. техн. наук
Національний університет кораблебудування ім. адмирала Макарова
Україна, 54025, Миколаїв, пр-т Героїв України, 9
тел. +38 (095) 0829618, е-mail: alexey99195@gmail.com;
тел. +38 (063) 1218231, е-mail: topalov_ua@ukr.net

Èlektron. model. 2022, 44(5):102-114
https://doi.org/10.15407/emodel.44.05.102

Повний текст (PDF)

English version

Анотація

Створено тривимірні моделі плоских термоелектричних елементів Пельтьє з різною геометричною формою напівпровідникового матеріалу: куба, циліндра, усіченої піра­міди та двох монолітних усічених пірамід. Об’єм напівпровідникового матеріалу 8 мм2, а його висота 2 мм, причому висота становить фіксовану відстань між контактними плас­тинами (провідниками) і робочою пластиною в усіх моделях. Всі моделі створено з одного напівпровідникового матеріалу і досліджено при однакових початкових умовах. Для дослідження і розрахунку тривимірних моделей застосовано метод скінченних еле­ментів в програмному комплексі ELCUT. Отримано основні електричні та теплові па­раметри створених моделей плоских термоелектричних елементів до яких належать густина струму і температура на провідниках термоелектричних елементів. Порівняль­ний аналіз отриманих термоелектричних параметрів дав змогу обрати найефективніші типи форм напівпровідникового матеріалу для підвищення ефективності використання термоелектричного ефекту Пельтьє.

Ключові слова

елемент Пельтьє, порівняльний аналіз, плоский термоелектричний модуль, термоелектричний ефект, форма напівпровідникового матеріалу, комп’ю­тер­не моделювання

Список літератури

  1. Ларичева Л.П. Контроль та автоматичне регулювання хіміко-технологічних процесів. Навч. посібник / Л.П. Ларичева, М.Д. Волошин, О.П. Луценко. Дніпродзержинськ: ДДТУ, 2015, 320 с.
  2. Liu C. A 500 W Low-Temperature Thermoelectric Generator: Design and Experimental Study / C. Liu, P. Chen, K.Li // International Journal of Hydrogen Energy, 2014. [Електронний ресурс] Режим доступу: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2014.07.163.
  3. Chen J. Modeling, Experiments and Optimization of an on-Pipe Thermoelectric Generator / J. Chen, L. Zuo, Y. Wu, J. Klein // Energy Conversion and Management. 2016. [Електрон­ний ресурс] Режим доступу: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2016.05.087.
  4. Федорейко В.С. Використання термоелектричних модулів у теплогенераторних когенераційних системах / В. С. Федорейко, М. І. Рутило, І. Б. Луцик, Р. І. Загородній // Науковий вісник НГУ. 2014. [Електронний ресурс] Режим доступу: http://nbuv.gov.ua/UJRN/Nvngu
  5. Potirniche G.P. A nonlinear finite element model for the performance of thermoelectric bulk and nanostructured materials / G.P. Potirniche, L.L. Barannyk // Energy, 2019. [Електрон­ний ресурс] Режим доступу: https://doi.org/10.1016/j.energy.2019.07.040.
  6. Eduardo P.R. Peltier Supercooling in Transient Thermoelectrics: Spatial Temperature Profile and Characteristic Cooling Length / P.R. Eduardo, M.O. Angel // Entropy, 2019. [Електронний ресурс] Режим доступу: https://doi.org/10.3390/e21030226.
  7. Idan Al-Chlaihawi Kadhim K. An Experimental and Theoretical Study of Forced Convection from a Peltier Thermo-electric Cooling / Kadhim K. Idan Al-Chlaihawi, Ahmed Al-Saadi, Nasr A. Jabbar // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2020. [Електронний ресурс] Режим доступу: https://doi.org/10.1088/1757-899X/870/1/012166.
  8. Çimen H., Cem Ağaçayak A., Neşeli S., Yalçın G. Comparison of Two Different Peltiers Running as Thermoelectric Generator at Different Temperatures // International Renewable and Sustainable Energy Conference (IRSEC), 2017. [Електронний ресурс] Режим доступу: https://doi.org/10.1109/IRSEC.2017.8477309.
  9. Afshari F. Experimental and numerical investigation on thermoelectric coolers for comparing air‑to‑water to air‑to‑air refrigerators // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 2020. [Електронний ресурс] Режим доступу до ресурсу: https://doi.org/10.1007/S10973-020-09500-6.
  10. Venkatesan K. Experimental and Simulation Studies on Thermoelectric Cooler: A Performance Study Approach / K. Venkatesan, M. Venkataramanan // International Journal of Thermophysics, 2020. [Електронний ресурс] Режим доступу: https://doi.org/10.1007/s10765-020-2613-2.
  11. Azahar A.H., Mohamad R.A., Harun M.H. et al. Development and Evaluation of Stove Using Peltier Effect: Connection and Temperature Control // Journal of Advanced Research in Fluid Mechanics and Thermal Sciences, 2020. [Електронний ресурс] Режим доступу: https://doi.org/10.37934/arfmts.70.1.112.
  12. Garrido J. Heat and work fluxes in thermoelectric coolers / J. Garrido, J. Manzanares // Thermal Science and Engineering Progress, 2021. [Електронний ресурс] Режим доступу: https://doi.org/10.1016/j.tsep.2020.100817.
  13. Schilling A. Heat flowing from cold to hot without external intervention by using a “thermal inductor” / A. Schilling, X. Zhang, O. Bossen // Science Advances, 2019. [Електронний ресурс] Режим доступу: https://doi.org/10.48550/arXiv.1804.06405.
  14. AL-Khalidy M.M. Internet of Things and Intelligent Peltier Cold/Hot Air Conditioning system / M.M. AL-Khalidy, A.I. Ahmed // 2nd Smart Cities Symposium, 2019. [Електронний ресурс] Режим доступу: https://doi.org/10.1049/cp.2019.0175.
  15. Максимук М.В. Про оптимізацію термоелектричних генераторних модулів автомобіль­ного передпускового нагрівника // Термоелектрика: Міжнародний науковий журнал, 2017, № 1, c. 57—66. [Електронний ресурс] Режим доступу: http://nbuv.gov.ua/UJRN/ TE
  16. Поворознюк О.С. Порівняльний аналіз термоелектричних елементів з різними габаритними розмірами контактних пластин / О.С. Поворознюк, О.С. Кириченко // Матеріали Всеукраїнської науково-технічної конференції молодих вчених. Миколаїв: НУК, 2019, c. 45—47.
  17. Анатычук Л.И. Термоэлементы и термоэлектрические устройства: Справочник. Киев: Наук. думка, 1979, 768 с.

ПОВОРОЗНЮК Олексій Сергійович, аспірант Національного університету кораблебуду­вання ім. адмірала Макарова. У 2020 р. закінчив Навчально-науковий інститут автоматики і електротехніки Національного університету кораблебудування ім. адмірала Макарова. Область наукових досліджень — робототехніка.

ТОПАЛОВ Андрій Миколайович, канд. техн. наук, доцент кафедри комп’ютеризованих систем управління Національного університету кораблебудування ім. адмірала Макарова. У 2014 р. закінчив Навчально-науковий інститут автоматики і електротехніки Національного університету кораблебудування ім. адмірала Макарова. Область науко­вих досліджень — математичне моделювання, комп'ютерні системи керування.