مقاله 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 شبیه‌سازی ژنراتورهای ترموالکتریک ارایه شده ‌است. به‌منظور استخراج خواص در آزمون تجربی و صحت‌سنجی حل تئوری ارایه‌شده، یک سامانه‌ آزمایشگاهی طراحی و ساخته شد. سامانه شامل تعداد چهار ژنراتور ترموالکتریک پایه‌ بیسموت تلوراید بوده که بین یک هیتر برقی و بلوک‌های خنک‌کننده‌ آبی قرار گرفته و در اثر اختلاف دمای ایجادشده برق تولید می‌کنند. ابتدا معادلات حاکم با درنظرگرفتن کوپلینگ غیرخطی ترموالکتریک ارایه ‌شده و سپس حل آن با استفاده از روش باقی‌مانده‌های وزنی با کدنویسی در نرم‌افزار متلب به‌منظور تحلیل غیرخطی ارایه شده‌ است.
در بخش بعدی طراحی و ساخت سامانه‌ ترموالکتریک بررسی و روند انجام آزمایش‌های مربوطه شرح داده شده‌ است. خواص ژنراتور شامل ضریب سیبک و مقاومت الکتریکی داخلی به دست آمده که برای شبیه‌سازی در بخش بعدی استفاده می‌شود. سامانه ابتدا در نرم‌افزار انسیس-فلوئنت شبیه‌سازی شده و پارامترهای حرارتی-سیالاتی شامل توزیع دما و سرعت به دست آمده است. سپس شبیه‌سازی ترموالکتریکی با استفاده از کد المان محدود ارایه‌شده و نیز نرم‌افزار انسیس- ترمال الکتریک، انجام شد و مقادیر ولتاژ، توان تولیدی و بازده به دست آمده و با نتایج تجربی مقایسه و صحت‌سنجی شده‌ است. نتایج حاصل بیانگر دقت مناسب مدل‌سازی ارایه شده است. همچنین تاثیر پارامترهای هندسی و شرایط مرزی دمایی بر عملکرد ژنراتورهای ترموالکتریک، با استفاده از حل تئوریک ارایه‌شده، بررسی شده‌است.