/title, Thermoelectric Generator /c

/title, Thermoelectric Generator
/com
/com Reference: "Direct Energy Conversion" (3rd edition) by
/com Stanley W. Angrist
/com Ch.4 "Thermoelectric Generators", p. 156
/com
/com
! Generator dimensions
ln=1.e-2 ! n-type element length, m
lp=1.e-2 ! p-type element length, m
wn=1.e-2 ! n-type element width, m
wp=1.24e-2 ! p-type element width, m
t=1.e-2 ! element thickness, m
d=0.4e-2 ! Distance between the elementsc

rsvn=0.979e-5 ! Electrical resistivity, Ohm*m
rsvp=3.118e-5
kn=36.68 ! Thermal conductivity, Watt/(m*K)
kp=6.37
sbkn=-198e-6 ! Seebeck coeff, volt/deg, n-type
sbkp=200e-6 ! p-type
Th=75 ! Temperature of hot junction, deg.C
Tc=20 ! Temperature of cold side, deg.C
Toffst=273 ! Temperature offset, deg.C
R0=3.92e-3 ! External resistance, Ohm

/nopr
/PREP7
et,1,SOLID226,110 ! 20-node thermoelectric brick
/com
/com *** Thermo-electric analysis with material
/com *** properties evaluated at an average temperature
/com
! Material properties for n-type material
mp,rsvx,1,rsvn
mp,kxx,1,kn
mp,sbkx,1,sbkn

! Material properties for p-type material
mp,rsvx,2,rsvp
mp,kxx,2,kp
mp,sbkx,2,sbkp

! Solid model
block,d/2,wn+d/2,-ln,0,,t
block,-(wp+d/2),-d/2,-lp,0,,t

! Meshing
esize,wn/2
mat,1
vmesh,1
mat,2
vmesh,2

toffst,Toffst ! Temperature offset

! Boundary conditions and loads
nsel,s,loc,y,0 ! Hot side
cp,1,temp,all ! couple TEMP dofs
nh=ndnext(0) ! Get master node
d,nh,temp,Th ! Set TEMP constraint to Th
cp,2,volt,all ! couple VOLT dofs
nsel,all

nsel,s,loc,y,-ln ! Cold side, n-type
nsel,r,loc,x,d/2,wn+d/2
d,all,temp,Tc
cp,3,volt,all ! Input electric terminal
nn=ndnext(0) ! Get master node
nsel,all

nsel,s,loc,y,-lp ! Cold side, p-type
nsel,r,loc,x,-(wp+d/2),-d/2
d,all,temp,Tc ! Set TEMP constraint to Tc
cp,4,volt,all ! Output electric terminal
np=ndnext(0) ! Get master node
nsel,all
d,np,volt,0 ! Ground

et,2,CIRCU124,0 ! Load resistor
r,1,R0
type,2
real,1
e,np,nn
fini

/SOLU
antype,static
cnvtol,heat,1,1.e-3 ! Set convergence values
cnvtol,amps,1,1.e-3 ! for heat flow and current
solve
fini

! n-branch area
An=wn*t
! p-branch area
Ap=wp*t
! Total thermal conductance
K=kp*Ap/lp+kn*An/ln
! Total electric resistance of the couple
R=lp*rsvp/Ap+ln*rsvn/An
! Combined Seebeck coefficient
alp=abs(sbkp)+abs(sbkn)
/com
/com *** Calculated and expected results:
/com
/com Heat pumping rate on cold side Qh, Watts
*get,Qh,node,nh,rf,heat
/com - ANSYS: %Qh%
I_a=alp*(Th-Tc)/(R+R0)
Qh_a=alp*I_a*(Th+Toffst)-I_a**2*R/2+K*(Th-Tc)
/com - Expected: %Qh_a%
/com
/com Electric current I drawn from the generator, Amps
*get,I,elem,21,smisc,2
/com - ANSYS: %I%
/com - Expected: %I_a%
/com
/com Output power P, Watts
*get,P0,elem,21,nmisc,1
/com - ANSYS: %P0%
P0_a=I**2*R0
/com - Expected: %P0_a%
/com
/com Coefficient of thermal efficiency
/com - ANSYS: %P0/Qh%
/com - Expected: %P0_a/Qh_a%
/com ---------------------------------------------------
/com
/com *** Thermo-electric analysis with temperature
/com *** dependent material properties
/com

/PREP7
! Temperature data points
mptemp,1,25,50,75,100,125,150
mptemp,7,175,200,225,250,275,300
mptemp,13,325,350

! n-type material
! Seebeck coefficient, Volt/K
mpdata,sbkx,1,1,-160e-6,-168e-6,-174e-6,-180e-6,-184e-6,-187e-6
mpdata,sbkx,1,7,-189e-6,-190e-6,-189e-6,-186.5e-6,-183e-6,-177e-6
mpdata,sbkx,1,13,-169e-6,-160e-6

mpplot,sbkx,1

! Electrical resistivity, Ohm*m
mpdata,rsvx,1,1,1.03e-5,1.06e-5,1.1e-5,1.15e-5,1.2e-5,1.28e-5
mpdata,rsvx,1,7,1.37e-5,1.49e-5,1.59e-5,1.67e-5,1.74e-5,1.78e-5
mpdata,rsvx,1,13,1.8e-5,1.78e-5

mpplot,rsvx,1

! Thermal conductivity, watts/(m*K)
mpdata,kxx,1,1,1.183,1.22,1.245,1.265,1.265,1.25
mpdata,kxx,1,7,1.22,1.19,1.16,1.14,1.115,1.09
mpdata,kxx,1,13,1.06,1.03

mpplot,kxx,1

! p-type material
! Seebeck coefficient, Volt/K
mpdata,sbkx,2,1,200e-6,202e-6,208e-6,214e-6,220e-6,223e-6
mpdata,sbkx,2,7,218e-6,200e-6,180e-6,156e-6,140e-6,120e-6
mpdata,sbkx,2,13,101e-6,90e-6

mpplot,sbkx,2

! Electrical resistivity, Ohm*m
mpdata,rsvx,2,1,1.0e-5,1.08e-5,1.18e-5,1.35e-5,1.51e-5,1.7e-5
mpdata,rsvx,2,7,1.85e-5,1.98e-5,2.07e-5,2.143e-5,2.15e-5,2.1e-5
mpdata,rsvx,2,13,2.05e-5,2.0e-5

mpplot,rsvx,2

! Thermal conductivity, watts/(m*K)
mpdata,kxx,2,1,1.08,1.135,1.2,1.25,1.257,1.22
mpdata,kxx,2,7,1.116,1.135,1.13,1.09,1.12,1.25
mpdata,kxx,2,13,1.5,2.025

mpplot,kxx,2

/SOLU
tunif,Tc
neqit,30
solve
fini

/com
/com *** Results
/com
*get,Qh,node,nh,rf,heat
/com Heat pumping rate on cold side Qh = %Qh%, Watts
/com
*get,I,elem,21,smisc,2
/com Electric current drawn from the generator I = %I%, Amps
/com
*get,P,elem,21,nmisc,1
/com Output power P = %P%, Watts
/com
/com Coefficient of thermal efficiency beta = %P/Qh%
/com ---------------------------------------------------

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

/ ชื่อเทอร์โม Generator
/ com
/ com อ้างอิง: "การแปลงพลังงานโดยตรง" (ฉบับที่ 3) โดย
com / สแตนเลย์ดับบลิว Angrist
/ com Ch.4 "เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โม", หน 156
/ com
/ com
! เครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาด
ln = 1.E-2! ชนิดเอ็นระยะเวลาในองค์ประกอบเมตร
LP = 1.E-2! ชนิดพีระยะเวลาในองค์ประกอบเมตร
WN = 1.E-2! ชนิดเอ็นกว้างองค์ประกอบเมตร
WP = 1.24e-2! ชนิดพีกว้างองค์ประกอบเมตร
t = 1.E-2! ความหนาขององค์ประกอบเมตร
D = 0.4e-2! ระยะห่างระหว่าง elementsc rsvn = 0.979e-5! ความต้านทานไฟฟ้า, โอห์ม * เมตรRSVP = 3.118e-5 kn = 36.68! การนำความร้อนวัตต์ / (ม * K) KP = 6.37 sbkn = -198e-6! สัมประสิทธิ์ซีเบค, โวลต์ / องศาชนิดเอ็นsbkp = 200e-6! ชนิดพีTh = 75! อุณหภูมิของชุมร้อนองศาเซลเซียสTc = 20! อุณหภูมิด้านเย็น, องศาเซลเซียสToffst = 273! อุณหภูมิชดเชยองศาเซลเซียสR0 = 3.92e-3! ต้านทานภายนอกโอห์ม/ nopr / PREP7 และ, 1, SOLID226,110! 20 โหนดเทอร์โมอิฐ/ com / com *** วิเคราะห์ Thermo ไฟฟ้าด้วยวัสดุ/ com คุณสมบัติ *** ประเมินที่อุณหภูมิเฉลี่ย/ com ! คุณสมบัติวัสดุชนิดเอ็นวัสดุMP, rsvx, 1, rsvn MP, kxx, 1, kn MP, sbkx, 1, sbkn ! คุณสมบัติของวัสดุสำหรับวัสดุชนิดพีMP, rsvx, 2, RSVP MP, kxx, 2, KP MP, sbkx, 2, sbkp ! รูปแบบของแข็งบล็อก d / 2, WN + d / 2, -ln, 0, ทีบล็อก - (WP + d / 2) - D / 2, -lp, 0, ที! meshing esize, WN / 2 เสื่อ 1 vmesh 1 เสื่อ 2 vmesh 2 toffst, Toffst! อุณหภูมิชดเชย! เงื่อนไขขอบเขตและโหลดNSEL, S, Loc, y, 0! ด้านร้อนCP, 1, อุณหภูมิ, ทั้งหมด! คู่ TEMP DOFs NH = ndnext (0)! ได้รับต้นแบบโหนดD, NH, อุณหภูมิ, Th! ตั้งข้อ จำกัด TEMP เพื่อ th CP, 2, โวลต์ทั้งหมด! คู่ VOLT DOFs nsel ทั้งหมดnsel, S, Loc, y, -ln! ด้านเย็นชนิดเอ็นnsel, R, Loc, x, d / 2, WN + d / 2 วันทั้งหมด, อุณหภูมิ, Tc CP, 3, โวลต์ทั้งหมด! อินพุตขั้วไฟฟ้าNN = ndnext (0)! ได้รับต้นแบบโหนดnsel ทั้งหมดnsel, S, Loc, y, -lp! ด้านเย็นชนิดพีnsel, R, Loc, x, - (WP + d / 2) - D / 2 วันทั้งหมด, อุณหภูมิ, Tc! ตั้งข้อ จำกัด TEMP เพื่อ Tc CP, 4, โวลต์ทั้งหมด! เอาท์พุทขั้วไฟฟ้าNP = ndnext (0)! ได้รับต้นแบบโหนดnsel ทุกวัน NP, โวลต์, 0! พื้นดินและ, 2, CIRCU124,0! ตัวต้านทานโหลดR, 1, R0 ชนิด 2 จริง 1 E, NP, NN Fini / SOLU antype คงcnvtol ร้อน 1,1.e-3! ตั้งค่าการบรรจบcnvtol, แอมป์, 1,1.e-3! สำหรับการไหลของความร้อนและปัจจุบันแก้ตื่นเต้น! พื้นที่ n-สาขา= WN * t ! พื้นที่ P-สาขาap = WP * t ! สื่อกระแสไฟฟ้าความร้อนรวมK = kp * AP / LP + kn * / ln ! ความต้านทานไฟฟ้ารวมของทั้งคู่R = LP * RSVP / Ap + ln * rsvn / ! รวมค่าสัมประสิทธิ์ Seebeck Alp = ABS (sbkp) + เอบีเอส (sbkn) / com / com *** จากการคำนวณและผลที่คาดหวัง: / com / com อัตราการสูบน้ำร้อนในด้านเย็น Qh วัตต์* ได้รับ Qh โหนด, NH, RF, ความร้อน/ com - ANSYS:% Qh% I_a = Alp * (Th-Tc) / (R + R0) Qh_a = Alp * * * * * * * * I_a (Th + Toffst) -I_a ** 2 * R / 2 + K * (TH- Tc) / com - คาดว่า:% Qh_a% / com / com กระแสไฟฟ้าที่ผมดึงออกมาจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแอมป์* ได้รับผม elem, 21, smisc 2 / com - ANSYS:% ผม% / com - คาดว่า:% I_a % / com / com กำลังขับ P วัตต์* ได้รับ P0, elem, 21, nmisc 1 / com - ANSYS:% P0% P0_a = ฉัน ** 2 * R0 / com - คาดว่า:% P0_a% / com / com ค่าสัมประสิทธิ์ของประสิทธิภาพเชิงความร้อน/ com - ANSYS:% P0 / Qh% / com - คาดว่า:% P0_a / Qh_a% / com ------------------------ --------------------------- / com / com *** วิเคราะห์ Thermo ไฟฟ้าที่มีอุณหภูมิ/ com *** ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของวัสดุ/ com / PREP7 ! จุดข้อมูลอุณหภูมิmptemp, 1,25,50,75,100,125,150 mptemp, 7.175.200.225.250.275.300 mptemp, 13325350 ! วัสดุชนิดเอ็น! ค่าสัมประสิทธิ์ซีเบค, ความต้านทานไฟฟ้า การนำความร้อน วัสดุชนิดพี! ค่าสัมประสิทธิ์ซีเบค, ความต้านทานไฟฟ้า การนำความร้อน *** ผลลัพธ์/ com * ได้รับ Qh โหนด, NH, RF, ความร้อน/ com อัตราการสูบน้ำร้อนในด้านเย็น Qh =% Qh% วัตต์/ com * ได้รับผม elem, 21, smisc 2 / com ไฟฟ้า ปัจจุบันมาจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้า I =% ผม%, แอมป์/ com * ได้รับ P, elem, 21, nmisc 1 / com ส่งออกพลังงาน P =% P% วัตต์/ com / com ค่าสัมประสิทธิ์ของประสิทธิภาพเชิงความร้อนเบต้า =% P / QH% / com ---------------------------------------------- -----

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

/ ชื่อ เทอร์โมไฟฟ้า

/ / com com อ้างอิง : " การแปลงพลังงานโดยตรง " ( รุ่นที่ 3 ) โดย
/ COM Stanley W . แองกริสต์
/ com ch.4 " เทอร์โมไฟฟ้า " , หน้า 156
/ / com com

! ! เครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาด
= 1.e-2 ! องค์ประกอบความยาวทั่วไป , m
LP = 1.e-2 ! องค์ประกอบความยาวพี , m
wn = 1.e-2 ! ความกว้างขององค์ประกอบทั่วไป , m
WP = 1.24e-2 ! ความกว้างขององค์ประกอบพี , m
t = 1.e-2 ! ความหนาของ M
D = 0.4e-2 !ระยะห่างระหว่าง elementsc

rsvn = 0.979e-5 ! ความต้านทานไฟฟ้าโอห์ม * M ,

รู้ = = 3.118e-5 RSVP 36.68 ! ค่าการนำความร้อน , วัตต์ / ( M * k )

sbkn 6.37 KP = = 198e-6 ! วัด coeff , โวลต์ / องศา , ทั่วไป
sbkp = 200e-6 ! พี
th = 75 อุณหภูมิร้อน Junction , deg.c
TC = 20 อุณหภูมิเย็นข้าง deg.c
toffst = 273 ! ชดเชยอุณหภูมิ deg.c
r0 = 3.92e-3 ! ความต้านทานภายนอก โอห์ม

/

/ nopr prep7 et 1solid226110 ! 20 โหนด เทอร์โม อิฐ
/ com
/ com * * * เทอร์โมไฟฟ้าการวิเคราะห์ด้วยวัสดุ
/ com * * * คุณสมบัติทดสอบที่อุณหภูมิเฉลี่ย / com

! ! คุณสมบัติของวัสดุสำหรับวัสดุทั่วไป
MP , rsvx , 1 , rsvn
MP , kxx 1 ใน
MP , sbkx , 1 , sbkn

! ! คุณสมบัติของวัสดุสำหรับพีวัสดุ
MP , rsvx 2 RSVP
MP , kxx , 2 , KP
MP , sbkx , 2 , sbkp

! ! บล็อกรูปแบบ
แข็ง , D / 2 บอก D / 2 - ใน , 0 , , T
บล็อก - ( WP D / 2 ) - D / 2 - แผ่นเสียง , 0 ,, t

! ! เครือข่าย esize WN / 2

, เสื่อ , เสื่อ vmesh 1
1
2
vmesh 2

toffst toffst , !
-
อุณหภูมิ เงื่อนไขขอบเขตและโหลด
nsel , S , กวาง , Y , 0 ร้อนข้าง
CP 1 , temp , ทั้งหมด คู่ชั่วคราว dofs
NH = ndnext ( 0 ) รับอาจารย์ (
D , NH , Temp , th ! อุณหภูมิตั้งข้อจำกัดเพื่อ th
CP , 2 , โวลต์ , ทั้งหมด คู่โวลต์ dofs
nsel ทั้งหมด

nsel , S , กวาง , Y - ! เย็นด้านทั่วไป
nsel , R , กวาง , x , D / 2 บอก D /
2 D , ทั้งหมด , Temp , TC
CP , 3 , โวลต์ , ทั้งหมดใส่ขั้วไฟฟ้า
NN = ndnext ( 0 ) รับอาจารย์ปม
nsel ทั้งหมด

nsel , S , กวาง , Y - แผ่นเสียง ! เย็นด้าน พี
nsel , R , loc , X - ( WP D / 2 ) 2
- D / D , ทั้งหมด , Temp , TC ! อุณหภูมิตั้งข้อจำกัด TC
CP , 4 , โวลต์ , ทั้งหมด ผลิตไฟฟ้าสถานี
NP = ndnext ( 0 ) ได้รับปริญญาโท nsel ปม
,
d , NP , โวลต์ , 0 ดิน

และ , 2 , circu124,0 ! โหลดตัวต้านทาน
r , 1 , r0
พิมพ์ 2
จริง 1
E , NP , fini nn


/

cnvtol ซูลู antype , ไฟฟ้าสถิต , ความร้อน , 1 1.e-3 !ชุดกันค่า
cnvtol , แอมป์ 1 1.e-3 ! สำหรับการไหลของความร้อนและปัจจุบัน

fini แก้

! n-branch บริเวณ
an = WN t *
! p-branch บริเวณ
AP = WP t *
! ความร้อน conductance รวม
k = KP * AP / LP KN * /
! ต้านทานไฟฟ้ารวมของคู่
r = LP / AP ใน * * RSVP rsvn /
! รวมวัดค่าสัมประสิทธิ์
ALP = เอบีเอส ( ABS sbkp ) ( sbkn )

/ / com com * * * คำนวณและผลที่คาดว่าจะได้รับ :

/ / com com ความร้อนอัตราการสูบในด้านตลาดเย็น ,วัตต์
* รับ , QH , โหนด , NH , RF , ความร้อน
/ COM - ANSYS : QH %
i_a = ภูเขา * ( th TC ) / ( r r0 )
qh_a = แอลป์ * i_a * ( th toffst ) - i_a * * 2 * R / 2 K *
( th TC ) / COM - คาด : qh_a %

/ / com com กระแสไฟฟ้าผมวาดจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้า , แอมป์
* รับ , ผม , ใส้ , 21 , smisc 2
/ COM - ANSYS : ฉัน %
/ COM - คาด : i_a %

/ / com com พลังงาน P วัตต์
* รับ , P0 , ใส้ , 21 , nmisc 1
/ COM - ANSYS : % P0 %
p0_a = ฉัน * * 2 * r0
/ COM - คาด : p0_a %
/
com/ COM สัมประสิทธิ์ประสิทธิภาพเชิงความร้อน
/ COM - ANSYS : % P0 / QH %
/ COM - คาด : p0_a / qh_a %
/

/ / --------------------------------------------------- com com com * * * เทอร์โมไฟฟ้าการวิเคราะห์อุณหภูมิ
/ com * * * ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของวัสดุด้วย
/

/ prep7
! อุณหภูมิจุดข้อมูล mptemp 1,25,50,75100125150

, mptemp 7175200225250275300 mptemp 13325350
, ,

!
วัสดุทั่วไป !วัดค่าโวลต์ / k
mpdata sbkx 1 , 1 , , , - 160e-6 , - 168e-6 , - 174e-6 , - 180e-6 , - 184e-6 , - 187e-6
mpdata sbkx 1 , 7 , , , - 189e-6 , - 190e-6 , - 189e-6 , - 186.5e-6 , - 183e-6 , - 177e-6
mpdata sbkx 1,13 - 169e-6 , , , , - 160e-6 mpplot sbkx 1

, ,

! ความต้านทานไฟฟ้าโอห์ม * M ,
mpdata rsvx , , mpdata rsvx 1,7,1.37e-5,1.49e-5,1.59e-5,1.67e-5,1.74e-5,1.78e-5 1,1,1.03e-5,1.06e-5,1.1e-5,1.15e-5,1.2e-5,1.28e-5
, ,
mpdata rsvx 1,13,1.8e-5,1.78e-5

, ,mpplot rsvx , 1

! การนําความร้อนวัตต์ / ( M * k )
mpdata kxx , 1,1,1.183,1.22,1.245,1.265,1.265,1.25
mpdata kxx , , , mpdata kxx 1,7,1.22,1.19,1.16,1.14,1.115,1.09
, ,

mpplot kxx 1,13,1.06,1.03 , 1

!
วัสดุพี ! วัดค่า mpdata sbkx โวลต์ / k
, ,
mpdata sbkx 2,1200e-6202e-6208e-6214e-6220e-6223e-6 , , mpdata sbkx 2,13101e-6,90e-6 2,7218e-6200e-6180e-6156e-6140e-6120e-6
, ,

mpplot sbkx , 2

! !ความต้านทานไฟฟ้าโอห์ม * m , mpdata rsvx 2,1,1.0e-5,1.08e-5,1.18e-5,1.35e-5,1.51e-5,1.7e-5

, , mpdata rsvx , , mpdata rsvx 2,13,2.05e-5,2.0e-5 2,7,1.85e-5,1.98e-5,2.07e-5,2.143e-5,2.15e-5,2.1e-5
, ,

mpplot rsvx , 2

! ! การนําความร้อนวัตต์ / ( M * k ) mpdata kxx 2,1,1.08,1.135,1.2,1.25,1.257,1.22

, , mpdata kxx , , mpdata kxx 2,7,1.116,1.135,1.13,1.09,1.12,1.25
, ,

mpplot kxx 2,13,1.5,2.025 , 2

/
tunif ซูลู , TC neqit 30

,แก้

/

/ fini com com * * *

* / ผลจึงได้รับ QH , โหนด , NH , RF , ความร้อน
/ COM ความร้อนอัตราการสูบน้ำเย็นข้างบ้าน = % ขายต่อวัตต์
/ com
* รับ , ผม , ใส้ , 21 , smisc 2
/ ด้วยกระแสไฟฟ้าจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าชั้น = ฉัน % , แอมป์
/ com
, P , ใส้ , 21 , nmisc 1
/ com พลังงาน P = P )

/ วัตต์ / com com ค่า % Beta = ประสิทธิภาพความร้อน P / QH %
/
--------------------------------------------------- com