Προσομοίωση και βελτίωση απόδοσης θερμοηλεκτρικής διάταξης TEG με χρήση της μεθόδου των πεπερασμένων στοιχείων

Abstract

Στην παρούσα διπλωματική εργασία, αρχικά γίνεται μία εισαγωγή στα θερμοηλεκτρικά υλικά, αναλύονται τα θερμοηλεκτρικά φαινόμενα και περιγράφεται η τεχνολογική τους χρήση. Αναλύεται η χρήση των θερμοηλεκτρικών στοιχείων ως ψυκτικές διατάξεις (TEC) και διατάξεις παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας (TEG), συνοδευόμενη από τις βασικές μαθηματικές σχέσεις που τις διέπουν. Κατόπιν με τη χρήση της μεθόδου των πεπερασμένων στοιχείων μέσω του λογισμικού Comsol Multiphysics 4.2a γίνεται μοντελοποίηση θερμοστοιχείου p και n τύπου για χρήση TEG από Βισμούθιο - Τελούριο (Bi2Te3) και προβολή των αποτελεσμάτων για το πεδίο της θερμοκρασίας και τάσης πάνω στο θερμοζεύγος. Στη συνέχεια, πραγματοποιείται μελέτη δύο παραγόντων για την βελτίωση της απόδοσης του TEG. α) Αλλαγή των γεωμετρικών χαρακτηριστικών του θερμοζεύγους για στατική ανάλυση μοντέλου και β) επίδραση προσθήκης Αντιμονίου Sb για την δημιουργία (Bi0.5Sb0.5)2Te3. Τέλος, πραγματοποιείται δυναμική ανάλυση του μοντέλου με την προσθήκη του Αντιμονίου Sb και παρουσιάζονται τα αποτελέσματα του πεδίου της τάσης και της θερμοκρασίας με την μεταβολή του χρόνου.