بررسی عددی اثر سطح مقطع کانال جریان بر عملکرد مولد توان ترموالکتریک یکپارچه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گیلان*مهندسی مکانیک

2 فارغ التحصیل کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

3 دانشجوی دکترا، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

چکیده

مولدهای ترموالکتریک یک تکنولوژی بادوام و سازگار با محیط زیست هستند که یکی از مهم‌ترین کاربرد‌های آنها، بازیابی حرارت هدر رفته از مصرف سوخت‌های فسیلی و تبدیل آن به الکتریسیته می‌باشد. در این میان، مولد‌های ترموالکتریک یکپارچه که با ایجاد کانال جریان در پایه‌های دستگاه ساخته می‌شود، توانسته‌اند عملکرد دستگاه را به مقدار قابل توجهی افزایش دهند. هدف از انجام این تحقیق، بررسی عددی اثر ساختار سطح مقطع کانال جریان بر عملکرد مولد توان ترموالکتریک یکپارچه می‌باشد. به این منظور، هندسه‌های مختلفی برای سطح مقطع کانال جریان شامل دایره، ذوزنقه، مربع و مستطیل درنظر گرفته شده و اثرات نسبت مساحت کانال جریان (𝛷)، طول نیمه‌هادی (d) و عدد رینولدز (Re) بر روی عملکرد دستگاه مورد ارزیابی قرار می‌گیرد. در مطالعه حاضر، اتصال‌دهنده‌های مولد ترموالکتریک دارای دمای ثابت سرد بوده و حرارت با وارد شدن سیال گرم با سرعت یکنواخت به دستگاه اعمال می‌شود. بررسی نتایج بدست آمده نشان می‌دهد که در یک d و 𝛷 ثابت، عملکرد دستگاه ترموالکتریک برای کانال جریان دارای ۳۶ مستطیل از سایر کانال‌های ذکر شده بیشتر است. علاوه بر این، با افزایش مقدار 𝛷 از 28/0 به 68/0، مقادیر گرمای ورودی، توان خروجی و راندمان حرارتی به ترتیب 68/1، 77/1 و 52/1 برابر می‌شوند. در ضمن، در این تحقیق یک طول بهینه برای نیمه‌هادی محاسبه شده‌است که در آن، توان خروجی حداکثر حاصل می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Numerical Investigation of Channel Cross-section Effect on the Performance of Integrated Thermoelectric Power Generator

نویسندگان [English]

  • mohammad kalteh 1
  • Vahid Mofidian 2
  • Masoud Hami 3
1 Department of Mechanical Engineering, University of Guilan
2 M.Sc. Graduate, Faculty of Mechanical Engineering, University of Guilan, Rasht, Iran
3 Ph.D. Student, Faculty of Mechanical Engineering, University of Guilan, Rasht, Iran
چکیده [English]

Thermoelectric generators are a sustainable and environmentally friendly technology that can recover wasted heat energy and convert it to electricity. Meanwhile, integrated thermoelectric generators have been able to significantly increase the performance of thermoelectric generators. In this paper, the effect of flow channel cross-sections on integrated thermoelectric power generator performance is investigated numerically. In this regard, various flow channel configurations including circles, trapezoids, squares and rectangles have been taken into account and the effect of cross-sectional area ratio (𝛷), semiconductor length (d) and Reynolds number (Re) on the performance of the device have been evaluated. In this study, the top and bottom of conductor surfaces are exposed to a cold temperature and a hot fluid with a constant velocity and temperature enters the channel. The results show that the power output, voltage and thermal efficiency of 36 rectangular configurations are higher than other flow channels. Also, the heat input, power output and thermal efficiency at 𝛷=0.28 are respectively found to be 1.68, 1.77 and 1.52 times higher than at 𝛷 =0.68. In addition, an optimal length for a semiconductor is determined, in which the maximum output power is achieved.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Integrated Thermoelectric
  • Flow Channel
  • Power Output
  • Numerical Solution