تحلیل انرژی و اگزرژی عملکرد یک سیستم ترموالکتریک دومرحله ای با اهداف گرمایش و سرمایش

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

چکیده

در مقاله حاضر یک سیستم ترموالکتریک دومرحله­ای که برای اهداف سرمایش و گرمایش مورد استفاده قرار می­گیرد از دیدگاه قوانین اول و دوم ترمودینامیک مورد بررسی قرار گرفته است. طبق نتایج بدست آمده از تحلیل قانون اول ترمودینامیک در هر دو حالت گرمایش و سرمایش مقدار ضریب عملکرد سیستم با تغییرات جریان الکتریسیته بهینه می­گردد که با افزایش اختلاف دمای بین سطوح سرد و گرم مقدار بیشینه ضریب عملکرد کاهش یافته و در مقادیر بالاتری از جریان الکتریسیته رخ می­دهد. بعلاوه، طبق نتایج قانون دوم ترمودینامیک، در حالت گرمایش، با افزایش اختلاف دمای بین سطح سرد و گرم دما بازده اگزرژی افزایش می یابد درحالی که در حالت سرمایش، افزایش اختلاف دمای بین سطح سرد و گرم مقدار بازده اگزرژی را کاهش می­دهد. محدوده مقادیر بدست آمده برای بازده اگزرژی ترموالکتریک دومرحله ای کولر بسیار پایین تر از ترموالکتریک دومرحله ای هیتر می­باشد. مطابق نتایج، مقدار راندمان اگزرژی بهینه با تغییر جریان الکتریسیته برای حالت گرمایش به ترتیب برابر 181 / 0، 193 / 0 و 208 / 0 به ازای اختلاف دماهای سطح سرد و گرم 15 ، 30 و 45 درجه می باشد. همچنین مقدار بهینه راندمان اگزرژی برای حالت سرمایش به ترتیب برابر 096 / 0، 073 / 0 و 04 / 0 به ازای اختلاف دماهای سطح سرد و گرم 15 ، 30و 45 درجه می­ باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Energy and Exergy Analysis of a Two-Stage Thermoelectric Used for Heating and Cooling

نویسندگان [English]

  • A. Nemati
  • H. Nami
  • M. Yari
  • S.Faramarz Ranjbar
Mechanical Engineering Department, Tabriz University, Tabriz, Iran
چکیده [English]

In the present study a two-stage thermoelectric heater and a two-stage thermoelectric cooler are analyzed and compared from the perspectives of the first and second laws of thermodynamics. Based on the first law analysis results, for both two-stage thermoelectric heater and cooler, the coefficient of performance optimizes by current variation. The optimal value of coefficient of performance decreases with the hot and cold junctions temperature difference increasing. Based on the exergy analysis results, the exergy efficiency optimizes by the current variation same as the coefficient of performance. Moreover, for the case of heating, increasing the hot and cold side’s temperature difference increases the exergy efficiency but for the thermoelectric cooler leads to exergy efficiency reduction. Generally, the amount of exergy efficiency for two-stage thermoelectric cooler is lower than that of two-stage thermoelectric heater. Results show that optimum exergy efficiency of two stage thermoelectric heater is 0.181, 0.193 and 0.208 for hot and cold side temperature differences of 15, 30 and 45 K, respectively. Also, the optimum exergy efficiency of two stage thermoelectric cooler is 0.096, 0.073 and 0.04 for the same temperature differences between hot and cold side temperature differences.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Two-stage thermoelectric
  • Heating
  • cooling
  • Energy
  • Exergy

مراجع

[1] R. Arora, S. Kaushik, R. Arora, Thermodynamic modeling and multi-objective optimization of two stage thermoelectric generator in electrically series and parallel configuration, Applied Thermal Engineering, 103 (2016) 1312-1323.
[2] J. Peltier, New experiments on caloricity of electric currents, Ann. Chem. Phys., (1834) 371-386.
[3] T. Seebeck, About the magnetism of the galvanic chain, Abh. Akad. Wiss., Berlin, Germany, (1821).
[4] A.-N. Moh'd A, B.M. Tashtoush, A.A. Jaradat, Modeling and simulation of thermoelectric device working as a heat pump and an electric generator under Mediterranean climate, Energy, 90 (2015) 1239-1250.
[5] X. Xuan, Analyses of the performance and polar characteristics of two-stage thermoelectric coolers, Semiconductor science and technology, 17(5) (2002) 414.
[6] X. Xuan, K. Ng, C. Yap, H. Chua, The maximum temperature difference and polar characteristic of two-stage thermoelectric coolers, Cryogenics, 42(5) (2002) 273-278.
[7] X.-D. Wang, Q.-H. Wang, J.-L. Xu, Performance analysis of two-stage TECs (thermoelectric coolers) using a three-dimensional heat-electricity coupled model, Energy, 65 (2014) 419-429.
[8] X. Xuan, K. Ng, C. Yap, H. Chua, Optimization of two-stage thermoelectric coolers with two design configurations, Energy Conversion and Management, 43(15) (2002) 2041-2052.
[9] Y.-H. Cheng, C. Shih, Optimizing the arrangement of two-stage thermoelectric coolers through a genetic algorithm, JSME International Journal Series B Fluids and Thermal Engineering, 49(3) (2006) 831-838.
[10] J. Yu, H. Zhao, K. Xie, Analysis of optimum configuration of two-stage thermoelectric modules, Cryogenics, 47(2) (2007) 89-93.
[11] M.A. Olivares-Robles, F. Vazquez, C. Ramirez-Lopez, Optimization of two-stage peltier modules: structure and exergetic efficiency, Entropy, 14(8) (2012) 1539-1552.
[12] M. Ma, J. Yu, An analysis on a two-stage cascade thermoelectric cooler for electronics cooling applications, International Journal of Refrigeration, 38 (2014) 352-357.
[13] T.-H. Wang, Q.-H. Wang, C. Leng, X.-D. Wang, Parameter analysis and optimal design for two-stage thermoelectric cooler, Applied energy, 154 (2015) 1-12.
[14] J. Chen, J. Yu, M. Ma, Theoretical study on an integrated two-stage cascaded thermoelectric module operating with dual power sources, Energy conversion and management, 98 (2015) 28-33.
[15] H. Lv, X.-D. Wang, J.-H. Meng, T.-H. Wang, W.-M. Yan, Enhancement of maximum temperature drop across thermoelectric cooler through two-stage design and transient supercooling effect, Applied Energy, 175 (2016) 285-292.
[16] S. Kaushik, S. Manikandan, R. Hans, Energy and exergy analysis of thermoelectric heat pump system, International Journal of Heat and Mass Transfer, 86 (2015) 843-852.
[17] S. Kaushik, S. Manikandan, The influence of Thomson effect in the performance optimization of a two stage thermoelectric cooler, Cryogenics, 72 (2015) 57-64.
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 50، شماره 2
خرداد و تیر 1397
صفحه 377-384

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار