Elaboration of the Calculation Algorithm for the Load Diagram of a Thermoelectric Generator that Applies the Temperature Dependent Thermoelectric Layer Properties
Închide
Conţinutul numărului revistei
Articolul precedent
Articolul urmator
316 5
Ultima descărcare din IBN:
2023-04-10 13:42
Căutarea după subiecte
similare conform CZU
621.362 (3)
Electrotehnică (1160)
SM ISO690:2012
ГОЛУБЕВ, Роман, СТОЛЯРОВ, Сергей. Разработка алгоритма расчёта нагрузочной характеристики термоэлектрического генератора, учитывающего зависимости свойств термоэлектрического слоя от температуры. In: Problemele Energeticii Regionale, 2022, nr. 1(53), pp. 27-40. ISSN 1857-0070. DOI: https://doi.org/10.52254/1857-0070.2022.1-53.03
EXPORT metadate:
Google Scholar
Crossref
CERIF

DataCite
Dublin Core
Problemele Energeticii Regionale
Numărul 1(53) / 2022 / ISSN 1857-0070

Elaboration of the Calculation Algorithm for the Load Diagram of a Thermoelectric Generator that Applies the Temperature Dependent Thermoelectric Layer Properties

Elaborarea unui algoritm pentru calcularea caracteristicii de sarcină a unui generator termoelectric, ținând cont de dependența de temperatură a proprietăților stratului termoelectric

Разработка алгоритма расчёта нагрузочной характеристики термоэлектрического генератора, учитывающего зависимости свойств термоэлектрического слоя от температуры

DOI:https://doi.org/10.52254/1857-0070.2022.1-53.03
CZU: 621.362

Pag. 27-40

Голубев Роман, Столяров Сергей
 
Санкт-Петербургский Государственный Морской Технический Университет
 
 
Disponibil în IBN: 28 februarie 2022


Rezumat

The aim of the work is the development of the algorithm for the working parameters calcula-tion of a marine waste heat thermoelectric generator, where the thermoelectric layer properties are con-sidered as temperature dependent. The marine thermoelectric generator must have an extensive opera-tional profile that includes a number of modes with a different power demand and different magnitudes of the waste heat parameters. The working mode alteration involves the change in the thermoelectric properties. To achieve the goal a mathematical model was offered for a load diagram calculation. The load diagram represents the generator parameters alteration with respect to the load current change. The most important result was the proposed new order of calculation that differs from the present models with offered variables, an approach to constructional thermal resistances application and a specific elec-trical power implementation. Mean temperature and load factor are taken as variables with the load factor being accepted as a relation between the electrical resistances of a load and a generator. Construc-tional thermal resistances were combined into two complex parameters – the thermal resistances of a hot and cold sides. The significance of the obtained results is determined by shaping a versatile approach to the generator`s working parameters calculation. The methodology is independent of the scheme of the calculated generator`s thermal resistances, which could be transformed into the complex parameters. The specific power calculation allows defining the performance per a cross-sectional unit area. The optimal selection of variables reduces the computational time.

Scopul acestei lucrări este de a crea un algoritm pentru calcularea caracteristicilor unui generator termoelectric de utilizare maritimă, în care să ia în considerare dependența de temperatură a proprietăților materialelor termoelectrice utilizate. Generatorul termoelectric de utilizare maritimă trebuie să fie adaptat pentru a funcționa în mai multe moduri de operare, care diferă atât în ceea ce privește parametrii de utilizare a resurselor, cât și aprovizionarea cererii de energie electrică. O schimbare a modului de funcționare atrage după sine o schimbare a proprietăților termoelectrice. Scopul propus este atins prin formularea unui model matematic pentru calculul caracteristicii de sarcină a generatorului termoelectric, prin care se subînțelege o modificare parametrilor agregatului în funcție de curentul de sarcină. Odată cu modificarea curentului de sarcină, se modifică temperaturile joncțiunilor ramurilor generatorului, ceea ce duce la modificarea proprietăților termoelectrice proprii ale ramurilor. Rezultatul cel mai important este crearea unei noi secvențe de calcul al caracteristicilor generatorului, care diferă de modelele matematice existente prin variabilele utilizate, prin abordarea considerării rezistențelor termice ale construcției și prin utilizarea unei puteri specifice în locul puterii totale. Ca mărimi necunoscute se admit temperatura medie între joncțiuni și coeficientul de sarcină - raportul dintre rezistențele electrice ale sarcinii și ale generatorului. Rezistențele termice ale structurii sunt combinate în două complexe - rezistența pe partea caldă și rezistența pe partea rece. Semnificația rezultatelor obținute constă în formarea unei abordări universale pentru calcularea caracteristicilor de performanță ale generatorului. Metodica nu depinde de schema de rezistențe termice dintr-un anumit generator , deoarece acestea în orice caz pot fi reduse la doi parametri complecși - rezistențele de pe ambele părți ale stratului termoelectric

Целью работы является создание алгоритма расчёта характеристик судового утилизационного термоэлектрического генератора, в котором обеспечивается учёт температурных зависимостей свойств применяемых термоэлектриков. Термоэлектрический генератор морского исполнения должен быть приспособлен к работе на нескольких эксплуатационных режимах, различающихся как параметрами ресурсов утилизации, так и обеспечиваемой потребностью в электроэнергии. Изменение эксплуатационного режима влечёт за собой и изменение термоэлектрических свойств. Поставленная цель достигается формулированием математической модели расчёта нагрузочной характеристики термоэлектрического генератора, под которой понимается изменение совокупности параметров агрегата в зависимости от тока нагрузки. С изменением тока нагрузки изменяются температуры спаев ветвей генератора, что приводит к изменению термоэлектрических свойств самих ветвей. Наиболее важным результатом является создание новой последовательности расчёта характеристик генератора, отличающейся от уже существующих математических моделей используемыми переменными, подходом к учёту термических сопротивлений конструкции и применением удельной мощности вместо полной. В качестве неизвестных величин принимаются средняя температура между спаями и нагрузочный коэффициент – отношение электрических сопротивлений нагрузки и генератора. Термические сопротивления конструкции объединяются в два комплекса – сопротивление по горячей и холодной стороне. Значимость полученных результатов состоит в формировании универсального подхода к расчёту эксплуатационных характеристик генератора. Методика не зависит от схемы термических сопротивлений в данном генераторе, так как они в любом случае могут быть сведены к двум комплексным параметрам – сопротивлениям по обе стороны от термоэлектрического слоя. Расчёт удельной мощности позволяет определить производительность единицы площади поперечного сечения термоэлектрического слоя в условиях отсутствия данных о компоновке генератора. Оптимальный подбор переменных позволяет сократить время расчёта. По данной методике были рассчитаны генераторы с термоэлектрическими слоями из наиболее распространённых сегодня полупроводниковых материалов и показано влияние на характеристики генераторов температурных зависимостей термоэлектрических свойств.

Cuvinte-cheie
load diagram, thermoelectric generator, Thermoelectric module, thermoelectric properties, waste heat recovery system,

caracteristică de sarcină, generator termoelectric, modul termoelectric, proprietăți termoelectrice, sistem de recuperare adâncă a căldurii,

нагрузочная характеристика, термоэлектрический генератор, термоэлектрический модуль, термоэлектрические свойства, система глубокой утилизации теплоты