Oksit termoelektrik modülün üretimi, analizi ve güç üretim performansının incelenmesi
Production, analysis and investigation of power generation performance of oxide thermoelectric module
- Tez No: 758446
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ENES KILINÇ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Mechanical Engineering, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Karabük Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 109
Özet
Bu çalışmada, yenilikçi yaklaşımlar kullanılarak figure of merit (zT) değeri yüksek yeni TE yarıiletken malzemelerden yüksek sıcaklıklarda çalışabilen termoelektrik modül (TEM) tasarımı ve üretimi gerçekleştirilerek yüksek çıkış gücü elde edilmesi amaçlanmıştır. Farklı oranlarda katkılama işlemi yapılmış olan p- tipi Ca3Co4O9- ve n-tipi CaMnO3-esaslı bileşiklerin termoelektrik özellikleri belirlenmiş, en uygun zT değerine sahip p-tipi Ca2,5Ag0,3Eu0,2Co4O9 ve n-tipi Ca0,96Dy0,02Ho0,02MnO3 bileşikleri kullanılarak TEM üretimi gerçekleştirilmiştir. Dairesel kesitli 4 çift ayağa sahip olarak üretilen TEM'in güç üretim performansı deneysel olarak belirlenmiş, ayrıca TEM'in ısıl, ısıl-elektrik ve Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) analizleri yapılarak sıcaklık dağılımları belirlenmiş ve sonuçlar karşılaştırılmıştır. v Deneysel ölçümler sonucunda TEM'in I-V ve I-P eğrileri incelendiğinde 340 °C sıcaklık farkı ve 540 °C sıcak yüzey sıcaklığı için maksimum açık devre voltajı 513,79 mV, maksimum çıkış gücü ise 2,2 mW olarak elde edilmiştir. HAD analizleri sonucunda 15 m/s akış hızında TEM'in sıcak taraf alümina plaka üzerinde oluşan maksimum sıcaklık 274,9 °C, alümina plaka yüzeyleri arasında oluşan sıcaklık farkı 70,4 °C ve sıcak yüzeydeki ortalama ısı transfer hızı 33,77 W olarak elde edilmiş ve akış hızının sıcak dağılımına etkisi incelenmiştir. TEM'in akışkan giriş hızları 15 m/s'de sabit tutularak, 800 °C sıcak hava giriş sıcaklığında sıcak taraf alümina plaka üzerinde oluşan maksimum sıcaklık 432,8 °C, alümina plaka yüzeyleri arasında oluşan sıcaklık farkı 114,9 °C ve sıcak yüzeydeki ortalama ısı transfer hızı 55,09 W olarak analiz edilmiş ve sıcak hava giriş sıcaklığının sıcaklık dağılımına etkisi incelenmiştir. Anahtar Sözcükler : Termoelektrik, oksit termoelektrik modül, termoelektrik güç üretimi, ısıl-elektrik analiz, akış analizi.
Özet (Çeviri)
In this study, it is aimed to achieve high output power by designing and producing thermoelectric module (TEM) that can operate at high temperatures from new TE semiconductor materials with high figure of merit (zT) using innovative approaches. Thermoelectric properties of p-type Ca3Co4O9- and n-type CaMnO3-based compounds, which were doped at different doping ratios, were specified and TEM production was carried out using p-type Ca2,5Ag0,3Eu0,2Co4O9 and n-type Ca0,96Dy0,02Ho0,02MnO3 compounds having the most appropriate zT values. Power generation performance of the TEM, which has 4 pairs of circular legs, was experimentally investigated, temperature distribution of the TE module were determined by performing thermal, thermal-electrical and CFD analyzes and the results were compared. vii As a result of the experimental measurements, when the I-V and I-P curves of the TEM were examined, maximum open circuit voltage and maximum output power were obtained as 513.79 mV and 2.2 mW, respectively for a temperature difference of 340 °C and a hot side temperature of 540 °C. According to the CFD analysis, at a flow rate of 15 m/s, maximum temperature on the hot side alumina plate of the TEM, temperature difference between the alumina plate surfaces and average heat transfer rate on the hot side were obtained as 274.9 °C, 70.4 °C, and 33.77 W, respectively, and effect of the flow rate on the heat distribution was investigated. By keeping the fluid inlet velocities of the TEM constant at 15 m/s, at 800 °C hot air inlet temperature, the maximum temperature formed on the hot side alumina plate, the temperature difference between the alumina plate surfaces, and the average heat transfer rate on the hot side were analyzed as 432.8 °C, 114.9 °C and 55.09 W, respectively and the effect of the hot air inlet temperature on the temperature distribution was investigated. Keywords : Thermoelectrics, oxide thermoelectric module, thermoelectric power generation, thermal-electric analysis, flow analysis.
Benzer Tezler
- Optimization of peltier elements in terms of mechanical behaviours and developing new peltier materials
Peltier elemanlarda mekanik açıdan optimizasyon ve yeni peltier malzemelerin geliştirilmesi
ÇAĞDAŞ BADAY
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Makine MühendisliğiDokuz Eylül ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEMET ZOR
PROF. DR. ERDAL ÇELİK
- Elektrospin yöntemiyle termoelektrik nano yapılar üretimi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of thermoelectric nano structures by electrospinning
MEHMET OKAN ERDAL
Doktora
Türkçe
2013
Fizik ve Fizik MühendisliğiSelçuk ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA KOYUNCU
PROF. DR. İBRAHİM USLU
- Grafen katkılı p-tipi ve n-tipi termoelektrik nanokompozit malzeme üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of graphene doped p-type and n-type thermoelectric nanocomposite material
SERHAT KOÇYİĞİT
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
EnerjiGazi Üniversitesiİleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM USLU
PROF. DR. ŞEMSETTİN ALTINDAL
- Baryum-demir oksit tabanlı çeşitli nadir toprak metal katkılı termoelektrik malzeme üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of barium-iron oxide based various rare earth metals doped thermoelectric materials
ARDA AYTİMUR
- Elektro-eğirme yöntemiyle bor katkılı Bi2M3Co2 oksit, (M=Sr, Ca, Ba) termoelektrik nanokompozit üretimi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of boron doped Bi2M3Co2 oxide, (M=Sr, Ca, Ba) thermoelectric nanocomposite by electrospinning
EMRE ÇINAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Makine MühendisliğiSelçuk ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET AKDEMİR