No abstract

No abstract

Bu çalışmada, buji ateşlemeli bir motorda atık ısı geri kazanımı için kullanılan termoelektrik jeneratörünün (TEJ) Matlab/Simulink programı ile teorik modeli geliştirilmiştir. TEJ modelinin geliştirilmesinde, 1500-4000 rpm aralığında çalışan iki silindirli buji ateşlemeli bir motorun deneysel çalışmalarından elde edilen egzoz gaz sıcaklıkları ve kütle akış hızları kullanılmıştır. TEJ modeli, egzoz ısı eşanjörü ve egzoz eşanjörünün her iki yüzeyine yerleştirilmiş iki motor soğutma suyu eşanjöründen oluşan üç katmanlı bir yapıya sahiptir. Eşanjör malzemesi olarak 3 mm kalınlığında 6063-T6 tipi alüminyum malzeme kullanılmıştır. Termoelektrik modüllerde (TEM) hem n hem de p tipi yarı iletkenler için Bi2Te3 malzemesi seçilmiştir. Her iki TEJ katmanında 5x4 düzenlemeye sahip toplam 40 adet TEM kullanılmıştır. Matlab/Simulink modelinin sonuçları, önceki çalışmalarda elde edilen deneysel sonuçlarla karşılaştırılmıştır (Gürbüz ve Akçay, 2015). Sonuç olarak, TEJ'ün Matlab/Simulink modeli ile DC elektrik enerjisi üretimi, 1500-4000 rpm motor devri aralığı için 6,36-50,96 W aralığında değişmiştir. Ayrıca, deneysel ve Matlab/Simulink model sonuçları arasında iyi bir korelasyon (R2= 0,991) olduğu tespit edilmiştir.

Bu çalışmada, buji ateşlemeli bir motorun egzoz atık ısı enerjisinin elektrik enerjisine dönüştürüldüğü termoelektrik jeneratörün (TEJ) hesaplamalı akışanlar dinamiği (HAD) kullanılarak sayısal analizi gerçekleştirilmiştir. Biri orta egzoz eşanjörü ve orta egzoz eşanjörünün her iki yüzeyine yerleştirilen iki adet soğutma suyu eşanjöründen oluşan 3 katmanlı bir TEJ tasarımı gerçekleştirilmiştir. TEJ tasarımında, 2 silindirli, su soğutmalı buji ateşlemeli bir motorun egzoz gaz sıcaklık ve debi değerlerinin yanında motor soğutma suyu (MSS) sıcaklık ve debi değerleri kullanılmıştır. TEJ'de sıcak ve soğuk taraf eşanjör yüzey alanı, hedef belirlenen 300 W DC elektrik enerjisi üretimi için seçilen 50x50 mm boyutlarındaki termoelektrik modüllerden 2x12 = 24 adet yerleştirilecek şekilde tasarlanmıştır. Orta egzoz eşanjörüne bir seperatör plaka eklenmiştir. Seperatör plakanın her iki yüzeyine, egzoz gazı akışına direnç göstermeyecek şekilde, belirli açılarda yönlendirme kanatçıkları konumlandırılmıştır. Orta egzoz eşanjörünün girişine bir yayıcı, çıkışına ise bir lüle eklenmiştir. Soğutma suyu eşanjörü içerisinde, MSS'nun dolaşacağı labirent şeklinde kanallar oluşturulmuştur. Sonuç alarak, sıcak eşanjör iç hacmin seperatör plaka ile iki eşit parçaya bölünmesi ile sıcaklık farkı ΔT %32,45 ve seperatör plaka yüzeylerine akış yönlendirme kanatlarının eklenmesi ile de ΔT sıcaklık farkının ilave olarak %18,79 arttığı tespit edilmiştir. Ayrıca, referans TEJ'e göre seperatör plaka ve akış yönlendirme kanatlarının eklendiği TEJ yapısı ile sıcak-soğuk eşanjör yüzeylerinde daha homojen sıcaklık dağılımı elde edilmiştir.

In the study, 4 different p-n pairs were formed for p-n pairs which forming thermoelectric modules, consisting of a combination of 4 different semiconductor materials of type Bi2Te3, Bi0.3Sb1.7Te3, PbSe0.5Te0.5 and Zn4Sb3 used for Thermoelectric Generator that simulated on Matlab/Simulink. Figure A. Structure of a Thermoelectric Module with Load Purpose: In this study, a thermoelectric module design using 4 different p-n type semiconductor material properties is simulated. The electrical output parameters of the thermoelectric generator were investigated with the data sets taken under certain engine conditions. Theory and Methods: Flow diagram of the whole system is presented for the modeled system. The structural properties of the p-n type semiconductor pairs used and the calculations of the thermoelectric generator are given step by step. Results: The results showed that the TEM structure formed by using p: Bi0,3Sb1,7Te3 and n: Bi2Te3 type semiconductors among the p-n semiconductor pairs analyzed under the specified motor operating conditions was determined to be the most appropriate p-n pair combination in terms of the output performance of the TEJ. Conclusion: As a result, the higher electrical output of TEMs created with pn pairs formed from combinations of Bi0,3Sb1,7Te3, PbSe0,5Te0,5 and Zn4Sb3 semiconductor pairs, which are commercially available and used as an alternative to TEMs consisting of only Bi2Te3 based pn pairs offers performance. However, Pb-based semiconductor materials used in TEMs show a performance close to Bi-based semiconductor materials available as commercial products in the market. However, Pb-based semiconductor materials performed lower than Sb-based semiconductor materials. In particular, higher electrical output was achieved with combinations of Bi and Sb based semiconductor material alloys instead of Bi2Te3 based materials.