مدل‌سازی غیرخطی کوپلینگ ترموالکتریک و مطالعه تجربی و عددی عملکرد سامانه ژنراتورهای ترموالکتریک

در این مقاله یک حل تئوری غیرخطی بر مبنای روش المان محدود برای شبیه سازی ژنراتورهای ترموالکتریک ارایه شده است. به منظور استخراج خواص در آزمون تجربی و صحت سنجی حل تئوری ارایه شده، یک سامانه آزمایشگاهی طراحی و ساخته شد. سامانه شامل تعداد چهار ژنراتور ترموالکتریک پایه بیسموت تلوراید بوده که بین یک هیتر برقی و بلوک های خنک کننده آبی قرار گرفته و در اثر اختلاف دمای ایجادشده برق تولید می کنند. ابتدا معادلات حاکم با درنظرگرفتن کوپلینگ غیرخطی ترموالکتریک ارایه شده و سپس حل آن با استفاده از روش باقی مانده های وزنی با کدنویسی در نرم افزار متلب به منظور تحلیل غیرخطی ارایه شده است. در بخش بعدی طراحی و ساخت سامانه ترموالکتریک بررسی و روند انجام آزمایش های مربوطه شرح داده شده است. خواص ژنراتور شامل ضریب سیبک و مقاومت الکتریکی داخلی به دست آمده که برای شبیه سازی در بخش بعدی استفاده می شود. سامانه ابتدا در نرم افزار انسیسفلوئنت شبیه سازی شده و پارامترهای حرارتی سیالاتی شامل توزیع دما و سرعت به دست آمده است. سپس شبیه سازی ترموالکتریکی با استفاده از کد المان محدود ارایه شده و نیز نرم افزار انسیس ترمال الکتریک، انجام شد و مقادیر ولتاژ، توان تولیدی و بازده به دست آمده و با نتایج تجربی مقایسه و صحت سنجی شده است. نتایج حاصل بیانگر دقت مناسب مدل سازی ارایه شده است. همچنین تاثیر پارامترهای هندسی و شرایط مرزی دمایی بر عملکرد ژنراتورهای ترموالکتریک، با استفاده از حل تئوریک ارایه شده، بررسی شده است.