Termoelektrik jeneratörlerin verimi üzerinde farklı parametrelerin etkileri ve optimizasyonu

Bu çalışmanın amacı, termoelektrik jeneratörlerde kullanılan parçaların belirli mekanik ve termal malzeme özelliklerini ele alarak daha yüksek sıcaklarda, daha verimli bir şekilde çalışabilecek termoelektrik modüllerin belirlenmesidir. Termoelektrik modüller n ve p tipi yarı iletken dirsekler ve bunların bağlı olduğu alümina levhalardan oluşur. Dirsekler ile levhalar arasındaki bağlantıyı bakır parçalar sağlar. Bakır parçanın malzeme özellikleri literatürdeki değerlerinde alınmıştır. Geri kalan parçaların Elastiklik modülleri ve ısıl genleşme katsayıları belirli değerler arasında alınarak parametre olarak belirlenmiştir. Alümina dış yüzeyleri arasında ki sıcaklık farkı da değişken bir parametre olarak seçilmiştir. Belirlenen bu değişken parametrelerin kombinasyonundan 2187 farklı analiz yapılabileceği bulunmuştur. R programı kullanılarak D-optimal design metoduyla tüm kombinasyonlar arasından 176 tanesi seçilerek analizlerin yapılabileceği hesaplanmıştır. ANSYS programı ile sonlu elemanlar analiz yöntemi kullanılarak tüm parçalardaki ısıl gerilmeler hesaplanmıştır. Analizler sonucunda bulunan ısıl gerilme değerleri için regresyon analizleri yapılarak amaç fonksiyonları belirlenmiştir. Daha sonra belirlenen kısıtlar altında bu amaç fonksiyonları üzerinden optimizasyon çalışmaları yapılmıştır. Bu analizler dikdörtgen ve dairesel kesitli dirseklere ayrı ayrı uygulanmıştır. Elastiklik modülü, ısıl genleşme katsayısı ve sıcaklık değişken parametrelerinin termoelektrik modülde oluşan ısıl gerilmeleri nasıl etkilediği tespit edilmiştir. Sıcaklık farkı arttıkça dirseklerdeki ısıl gerilmelerin arttığı, dairesel kesitli dirseklerde dikdörtgen kesite göre daha düşük gerilme değerlerinin oluştuğu görülmüştür.