کد مقاله کد نشریه سال انتشار مقاله انگلیسی نسخه تمام متن
7047143 1457121 2016 18 صفحه PDF دانلود رایگان
عنوان انگلیسی مقاله ISI
Elasto-thermoelectric non-linear, fully coupled, and dynamic finite element analysis of pulsed thermoelectrics
ترجمه فارسی عنوان
ترموالکتریک های پالسی الاستو-ترموالکتریک غیر خطی، به طور کامل متصل و پویا عنصر محدود
کلمات کلیدی
مواد ترموالکتریک پالس شده، جول، پلتیر، تامسون، تنش حرارتی، راه حل تحلیلی پویا، شدت بهینه، توزیع استرس،
ترجمه چکیده
این مقاله یک مطالعه عددی در مورد تأثیر سیگنال های الکتریکی پالسی برای خنک کردن دستگاه های ترموالکتریک ارائه می دهد. برای این منظور، یک مجموعه آزمایشی که از ادبیات و یک سلول تجاری تجاری گرفته شده است، با استفاده از یک کد عنصر محدودی که به طور خاص توسعه یافته است، شبیه سازی شده است. اتصال الکتریکی حرارتی برای پوشش میدان الاستیک گسترش یافته است، نشان می دهد که افزایش خنک کننده می تواند باعث شکست مکانیکی شود. نتایج عددی توسعه یافته است و تغییر غلظت بیش از حد کربوهیدرات در برابر افزایش پالس و نسبت به مدت زمان آن به صورت بیانگر تحلیلی جدید و داده های تجربی معتبر است. مسئله شدت بهینه در حالت پایدار نیز به تازگی توسعه یافته است. روند حرارتی و مکانیکی با استفاده از خواص مواد ثابت و متغیر (با درجه حرارت) برای یک ترموالکتوری تک ارائه می شود. در حالی که برخی از اولین روند ها شبیه به آثار منتشر شده است، دیگران متفاوت یا به طور مستقیم جدید هستند، همه نزدیک تر به آزمایشات هستند. نتایج مکانیکی تاکنون به طور کامل مورد مطالعه قرار نگرفته است. مش عنصر محدود سه بعدی شامل مواد غیر ترموالکتریکی است که برای مطالعه فعلی اساسی هستند. توزیع تنش ها در حالت های ثابت و گذرا در داخل ترموالکتروم، برای پنج جزء و برای تنش ترکیبی ترسکا نشان داده شده است. غلظت در گوشه های سمت پایین به سمت چهره سرد نزدیک می شود. با توجه به این غلظت ها، عناصر آجری درجه دوم ایزو پارامتر 27 عدد استفاده می شود. نشان داده شده است که میدان مکانیکی عامل مهمی در طراحی ترموالکتریک های پالس است، زیرا برای مقاصد عملی سطوح استرس نزدیک یا کمی بالاتر از حد مجاز است.
موضوعات مرتبط
مهندسی و علوم پایه مهندسی شیمی جریان سیال و فرایندهای انتقال
پیش نمایش مقاله
ترموالکتریک های پالسی الاستو-ترموالکتریک غیر خطی، به طور کامل متصل و پویا عنصر محدود
چکیده انگلیسی
This paper presents a numerical study on the influence of pulsed electric signals applied to the overcooling of thermoelectric devices. To this end, an experimental setup taken from the literature and a commercial cell are simulated using a complete, specially developed research finite element code. The electro-thermal coupling is extended to include the elastic field, demonstrating that the increment of cooling can produce mechanical failure. Numerical results are developed and the variation of overcooling versus pulse gain and versus duration is validated towards a new analytical expression and the experimental data. The issue of optimal intensity at steady-state is also newly developed. Thermal and mechanical trends are presented using constant and variable (with temperature) material properties for a single thermoelement. While some of the first trends are similar to those of published works, others are different or directly new, all closer to those of the experiments. The mechanical results have not been thoroughly studied until recently. The three-dimensional finite element mesh includes non-thermoelectric materials that are fundamental for the current study. Distribution of stresses during steady and transient states are shown inside the thermoelement, for five components and for the combined Tresca stress. Concentrations at corners of the lower side appear close to the cold face. Due to these concentrations, 27-node isoparametric, quadratic brick elements are used. It is shown that the mechanical field is an important factor in the design of pulsed thermoelectrics, since for practical applications the stress levels are close or slightly above the admissible limits.
ناشر
Database: Elsevier - ScienceDirect (ساینس دایرکت)
Journal: Applied Thermal Engineering - Volume 107, 25 August 2016, Pages 398-409
نویسندگان
, , ,