Ushbu tadqiqot issiq sirt bilan undan sovuqroq sirt o‘rtasidagi harorat farqini to‘g‘ridan-to‘g‘ri elektr energiyasiga aylantiradigan yuqori kuchlanishli va yuqori zichlikdagi termoelektrik modullar dizaynini o‘rganadi. Tadqiqotchilar material xususiyatlarining harorat bilan o‘zgarishi, termoelektrik oyoqchalarning o‘lchami, modul ichidagi to‘ldirish koeffitsiyenti, mis ulanishlarning elektr qarshiligi, keramika tagliklarning issiqlik qarshiligi va oyoqcha-elektrod interfeyslaridagi issiqlik kontakt yo‘qotishlarini birgalikda hisobga oladigan TEMsim nomli tezkor yarim analitik yechuvchi ishlab chiqdilar.

Tadqiqotdagi asosiy muhandislik muammosi yuqori kuchlanish olish uchun juda ko‘p termoelektrik juftlarni ketma-ket ulash natijasida paydo bo‘ladigan murosadir. Kichik oyoqchalar bir xil sirt maydoniga ko‘proq n-p juftini joylashtirish orqali kuchlanishni oshiradi; biroq ko‘ndalang kesim maydoni kichrayishi elektr qarshiligini, ishlab chiqarish qiyinligini va lehimlash aniqligiga bo‘lgan talabni oshiradi. Katta oyoqchalar pastroq elektr qarshiligi va yuqoriroq to‘ldirish koeffitsiyentini beradi; ammo ayni modul maydonida juftlar soni kamaygani uchun kuchlanish pasayadi va tizim darajasida ko‘proq modulni ketma-ket ulash zarur bo‘ladi.

Tadqiqotchilar taxminan foiz 35–45 to‘ldirish koeffitsiyenti bilan 0,5–0,9 mm oyoqcha kengligi oralig‘idagi o‘rta zichlik hududi kuchlanish, quvvat, issiqlik mosligi va ishlab chiqarish imkoniyati nuqtai nazaridan eng muvozanatli dizayn maydonini tashkil etadi, deb baholadilar. Bu natija mutlaq universal optimum emas; u modul sirt maydoni, issiqlik manbai, oyoqcha balandligi, kontakt qarshiligi, maqsadli kuchlanish va ishlab chiqarish cheklovlariga bog‘liq.

Model yo‘naltirgan fizik prototip 1.029 ta n-p termoelektrik juft va jami 2.058 ta Bi₂Te₃ asosidagi oyoqchani o‘z ichiga oladi. Har bir oyoqcha 0,5 × 0,5 × 0,46 mm o‘lchamga ega. Oyoqchalarning faol energiya konversiyasi hududidagi to‘ldirish koeffitsiyenti foiz 37,83, butun modul sirtiga nisbatan to‘ldirish koeffitsiyenti foiz 32,16 va juft zichligi 0,757 juft/mm² deb bildirilgan. Oyoqchalar 49 × 42 joylashuvli yuqori zichlikdagi massivda, elektr jihatdan ketma-ket ishlaydigan S shaklidagi ulanish yo‘li bo‘ylab joylashtirilgan.

Modelda sovuq sirt harorati 20 °C, issiq sirt harorati 200 °C va issiqlik kontakt omili 0,10 bo‘lganda TEM-1029 uchun maksimal quvvat taxminan 24,18 W, maksimal quvvat nuqtasidagi kuchlanish 31,53 V va tok 0,77 A deb hisoblangan. Xuddi shu sharoitlarda yanada qo‘pol TEM-342 va TEM-696 dizaynlari uchun bildirilgan maksimal quvvatlar mos ravishda taxminan 13,07 W va 17,42 W. TEM-1029 pastroq to‘ldirish koeffitsiyentiga qaramay, ancha ko‘p ketma-ket juftni o‘z ichiga olgani sababli uch dizayn orasida eng yuqori bashorat qilingan kuchlanish va quvvatni hosil qilgan.

Issiqlik kontakt qarshiligi model natijalarini sezilarli darajada o‘zgartirgan. Interfeyslar mukammal deb qabul qilingan holatda model tajribaviy quvvat va kuchlanishni ortiqcha, zarur issiqlik kirishini esa past baholagan. Issiqlik kontakt omili 0,05–0,15 oralig‘iga keltirilganda hisoblangan quvvat, kuchlanish, tok va samaradorlik pasaygan; talab qilinadigan issiqlik kirishi oshgan va tajribaviy nuqtalar model diapazoniga yaqinlashgan. Bu holat issiq va sovuq sirtlarda o‘lchangan harorat farqining hammasi termoelektrik oyoqchalarda yuzaga kelmasligini ko‘rsatadi.

Tadqiqotning tajribaviy tasdig‘i sovuq sirti taxminan 50 °C da ushlab turilgan va tasodifiy tanlangani bildirilgan to‘rtta TEM-1029 modulida amalga oshirilgan. Taxminan 15–45 °C modul harorat farqlarida quvvat va issiqlik kirishi o‘lchangan; kontakt qarshiligini o‘z ichiga olgan model egri chiziqlarining tajribaviy nuqtalar bilan umumiy jihatdan mos kelishi ko‘rsatilgan. Biroq asosiy matnda xato chiziqlari, takrorlar taqsimoti, standart og‘ish, RMSE yoki boshqa sonli moslik ko‘rsatkichi taqdim etilmagan.

Yuk qarshiligi tahlilida kontakt omili oshgani sayin optimal yuk qarshiligi yuqoriroq qiymatlarga siljigan va cho‘qqi quvvat kamaygan. 200 °C modul harorat farqida kontakt omili 0,05, 0,10 va 0,15 uchun grafiklardan taxminan 40 W, 33 W va 27 W cho‘qqi quvvat o‘qiladi. Xuddi shu taqqoslashda optimal yuk qarshiliklari taxminan 45–51 Ω oralig‘ida. Bu natijalar elektr maksimal quvvat nuqtasini kuzatish faqat modulning ichki qarshiligiga emas, balki issiqlik interfeysining sifatiga ham bog‘liqligini ko‘rsatadi.

Tadqiqotchilar shuningdek alohida n- va p-turdagi oyoqchalardagi nochiziqli harorat va issiqlik oqimi taqsimotini yechadigan batafsil algoritm ishlab chiqdilar. Sovuq uch 50 °C va issiq uch 150 °C bo‘lganda p-turdagi oyoqcha uchun eng yuqori hisoblangan konversiya samaradorligi foiz 5,40 va optimal tok zichligi −298,2 A/cm²; n-turdagi oyoqcha uchun eng yuqori samaradorlik foiz 4,99 va optimal tok zichligi 243,6 A/cm² deb topilgan. Bu qiymatlar bitta oyoqcha darajasidagi sonli optimumlardir va butun modulning o‘lchangan samaradorligi bilan bir xil tushuncha emas.

Turkiya nuqtai nazaridan: Yondashuv Turkiyadagi geotermal quduqlar, sanoat pechlari, quyuvchilik va metallga ishlov berish korxonalari, sement va shisha ishlab chiqarish, dvigatel chiqindi gazlari, kogeneratsiya tizimlari, ma’lumotlar markazlarini sovitish infratuzilmasi va uzoq hudud sensorlarida chiqindi issiqlikdan kam texnik xizmat talab qiladigan elektr ishlab chiqarishni o‘rganish uchun qo‘llanishi mumkin. Turkiyada amaliyotga o‘tishdan oldin mahalliy issiqlik manbasining harorat va issiqlik oqimi profili o‘lchanishi; modul–issiqlik almashtirgich kontakt qarshiligi bosim, sirt g‘adir-budurligi va termal interfeys materialiga qarab tajribaviy aniqlanishi; termal sikllash, lehim charchashi, namlik, oksidlanish va uzoq muddatli ishlash pasayishi sinalishi kerak. Tadqiqotdan muayyan bir Turk korxonasida 24 yoki 40 W uzluksiz quvvat olinadi, tizim iqtisodiy qaytishni ta’minlaydi yoki yuzlab modullar bir xil ishlashni saqlaydi, degan xulosani bevosita chiqarib bo‘lmaydi.

Termoelektrik energiya konversiyasining asosiy prinsipi nima?

Termoelektrik juft elektr xususiyatlari turlicha bo‘lgan bitta n-turdagi va bitta p-turdagi yarimo‘tkazgich oyoqchadan iborat. Oyoqchalarning ikki uchi turli haroratlarda ushlab turilganda zaryad tashuvchilar issiq hududdan sovuq hududga qayta taqsimlanadi va Seebeck effekti deb ataladigan elektr potensial farqi paydo bo‘ladi.

Bitta n-p juftining ochiq zanjir kuchlanishi kichik. Yuqori kuchlanish olish uchun juda ko‘p juft elektr jihatdan ketma-ket, issiqlik jihatdan parallel ulanadi. Ketma-ket ulanishda har bir juft ishlab chiqargan kuchlanish qo‘shiladi; issiqlik esa issiq taglikdan sovuq taglikka barcha oyoqchalar orqali parallel ravishda uzatiladi.

Termoelektrik modullar harakatlanuvchi qism, nasos yoki ishchi suyuqlik talab qilmagani uchun uzoq muddatli va kam texnik xizmat talab qiladigan energiya yig‘ish ilovalarida ishlatilishi mumkin. Biroq konversiya samaradorligi oyoqcha materialining sifatidan tashqari kontakt qarshiliklari, issiqlik almashtirgichlar, oyoqcha geometriyasi va elektr yukining to‘g‘ri moslashtirilishiga kuchli bog‘liq.

Tadqiqot qaysi asosiy bo‘shliqni nishonga oladi?

Termoelektrik material tadqiqotlari ko‘pincha o‘lchamsiz \(ZT\) qiymatini oshirishga e’tibor qaratadi. Ammo yuqori \(ZT\) ga ega materialning real modulda xuddi shu darajadagi ishlashni berishi kafolatlanmaydi. Modul darajasida quyidagi yo‘qotishlar paydo bo‘ladi:

• Oyoqcha bilan metall elektrod o‘rtasidagi issiqlik kontakt qarshiligi
• Lehim, metallizatsiya va diffuziya to‘siqlari yaratadigan qo‘shimcha qarshiliklar
• Alyumina keramika tagligining issiqlik qarshiligi
• Mis izlarning elektr qarshiligi
• Oyoqcha o‘lchami va oraliqlaridan kelib chiqadigan qadoqlash yo‘qotishlari
• Harorat bilan o‘zgaradigan Seebeck koeffitsiyenti, elektr o‘tkazuvchanlik va issiqlik o‘tkazuvchanlik
• Joule qizishi va Thomson effekti
• Modul bilan real issiqlik manbai yoki sovutgich o‘rtasidagi tashqi interfeys yo‘qotishlari

Chekli element yechimlari bu ta’sirlarni batafsil ko‘rsatishi mumkin; biroq minglab dizaynlarni skanerlash uchun sekin va mehnat talab qilishi mumkin. Soddalashtirilgan bir o‘lchovli modellar esa tez bo‘lsa-da, ko‘pincha haroratga bog‘liq xususiyatlar yoki kontakt qarshiligini e’tibordan chetda qoldiradi. TEMsim ushbu ikki yondashuv orasida tezkor, lekin fizik komponentlarni aniq o‘z ichiga olgan yechim taqdim etishni maqsad qiladi.

Nega Bi₂Te₃ asosidagi materiallar tanlangan?

Tadqiqot nishonga olgan issiqlik manbalari 300 °C dan past bo‘lgani uchun vismut tellurid asosidagi n- va p-turdagi materiallar ishlatilgan. 3-sahifadagi 1-rasm 300–500 K oralig‘ida haroratga bog‘liq oltita asosiy xususiyatni ko‘rsatadi:

• Seebeck koeffitsiyenti
• Elektr o‘tkazuvchanlik
• Issiqlik o‘tkazuvchanlik
• Quvvat faktori
• O‘lchamsiz \(ZT\)
• n- va p-turdagi oyoqchalarning umumiy differensial Seebeck koeffitsiyenti

P-turdagi materialning Seebeck koeffitsiyenti taxminan +277 µV/K, n-turdagi materialniki taxminan −250 µV/K darajasiga yetadi. Ikki oyoqcha orasidagi differensial Seebeck koeffitsiyenti 400–425 K atrofida taxminan 527 µV/K bilan eng yuqori qiymatiga yetgan. Bu farq bitta n-p juftining harorat farqi birligiga ishlab chiqarishi mumkin bo‘lgan ochiq zanjir kuchlanishining asosiy belgilovchisidir.

Elektr o‘tkazuvchanlik harorat oshgani sayin kamaygan. N-turdagi material tekshirilgan butun diapazonda p-turdagi materialdan yuqori o‘tkazuvchanlik ko‘rsatgan. Issiqlik o‘tkazuvchanlik taxminan 400–450 K atrofida eng past qiymatiga yetgan, yuqoriroq haroratlarda esa ayniqsa p-turdagi materialda bipolar issiqlik tashilishi sabab yana oshgan.

N-turdagi materialning cho‘qqi \(ZT\) qiymati taxminan 1,31, p-turdagi materialniki taxminan 1,52 deb bildirilgan. Har ikki cho‘qqi taxminan 375–425 K ish hududiga to‘g‘ri keladi. Bu qiymatlar o‘z-o‘zicha modul samaradorligi emas; ular materialning elektr va issiqlik tashish xususiyatlarini birgalikda ifodalovchi ko‘rsatkichlardir.

Haroratga bog‘liq xususiyatlar modelga qanday kiritilgan?

Seebeck koeffitsiyenti, issiqlik o‘tkazuvchanlik va elektr o‘tkazuvchanlik n- va p-turdagi materiallar uchun uchinchi darajali harorat polinomlari bilan ifodalangan. Model issiq va sovuq uch orasidagi harorat diapazonini bo‘laklarga ajratib, har bir harorat nuqtasidagi xususiyatlarni hisoblaydi va o‘rtacha qiymatlar hosil qiladi.

Masalan, samarali juft Seebeck koeffitsiyenti quyidagicha hisoblanadi:

\[ \bar{\alpha} = \frac{1}{n} \sum_{i=1}^{n} \left[ \alpha_p(T_i)-\alpha_n(T_i) \right] \]

Xuddi shunday n- va p-turdagi oyoqchalarning o‘rtacha elektr va issiqlik o‘tkazuvchanliklari harorat diapazoni bo‘ylab alohida hisoblanadi. Bu yondashuv butun oyoqcha xususiyatlarini faqat o‘rtacha haroratdagi bitta qiymat bilan ifodalashdan batafsilroq.

Biroq 2-jadvalda harorat nuqtalari \(i=0,\ldots,n\) ko‘rinishida ta’riflangan va intervalning \(n-1\) ga bo‘linishi ko‘rsatish nuqtai nazaridan mos kelmaydi. Amalda uch nuqtalardan tashqariga chiqmaydigan \(n\) nuqtali ketma-ketlik \(i=0,\ldots,n-1\) ko‘rinishida tuzilishi kutiladi. Tadqiqotning ochiq kodi berilmagani sababli amaldagi real indekslashni tasdiqlab bo‘lmaydi.

To‘ldirish koeffitsiyenti nima?

To‘ldirish koeffitsiyenti yoki fill factor modul sirtining qanchasi faol termoelektrik oyoqchalar bilan qoplanganini ko‘rsatadi:

\[ FF= \frac{A_{\mathrm{TE}}} {A_{\mathrm{TEM}}} \times100 \]

• \(A_{\mathrm{TE}}\) barcha n- va p-turdagi oyoqchalarning umumiy ko‘ndalang kesim maydonidir.
• \(A_{\mathrm{TEM}}\) modulning tashqi sirt maydonidir.

To‘ldirish koeffitsiyenti oshganda issiqlik uchun kengroq o‘tkazish kesimi va elektr uchun pastroq oyoqcha qarshiligi hosil bo‘ladi. Buning evaziga bir xil sirt maydoniga joylashtiriladigan juftlar soni kamayishi mumkin. To‘ldirish koeffitsiyenti pasayganda ko‘proq va kichikroq oyoqchalarni joylashtirish mumkin; biroq oyoqchalarning umumiy elektr qarshiligi va ishlab chiqarish aniqligiga talab oshadi.

Oyoqchalar soni va joylashuv qanday hisoblangan?

Tadqiqot modul chetlarida ishlab chiqarish va ulanish uchun qoldirilgan bo‘shliqlar chiqarib tashlangandan keyin foydalaniladigan maydonni hisoblaydi:

\[ W_{\mathrm{working}}=W-2m_x \]

\[ H_{\mathrm{working}}=H-2m_y \]

Kvadrat kesimli oyoqchaning yon uzunligi \(w_{\mathrm{TE}}\), gorizontal va vertikal oraliqlar \(s_x\) va \(s_y\) bo‘lganda har bir yo‘nalishdagi maksimal oyoqcha soni pastga yaxlitlash orqali aniqlanadi:

\[ N_{\mathrm{TE},x} = \left\lfloor \frac{W_{\mathrm{working}}} {w_{\mathrm{TE}}+s_x} \right\rfloor \]

\[ N_{\mathrm{TE},y} = \left\lfloor \frac{H_{\mathrm{working}}} {w_{\mathrm{TE}}+s_y} \right\rfloor \]

S shaklidagi ketma-ket ulanish ikki qarama-qarshi burchakda kirish va chiqishni hosil qilishi uchun x yo‘nalishidagi son toq, y yo‘nalishidagi son juft qilib sozlanadi. Umumiy oyoqcha soni:

\[ N_{\mathrm{TE,total}} = N_{\mathrm{TE},x}N_{\mathrm{TE},y} \]

va n-p juftlar soni:

\[ N_{\mathrm{couple}} = \frac{N_{\mathrm{TE,total}}}{2} \]

ko‘rinishida olinadi.

Nega S shaklidagi ketma-ket ulanish ishlatilgan?

6-sahifadagi 2-rasm juda ko‘p n- va p-turdagi oyoqchalarning satrlar bo‘ylab oldinga-orqaga yuradigan S shaklidagi mis ulanish yo‘li orqali ketma-ket ulanganini ko‘rsatadi. Ushbu tartibning ikki maqsadi bor:

• Barcha juftlar kuchlanishini bitta ketma-ket yo‘lda yig‘ish
• Kirish va chiqish uchlarini modulning qarama-qarshi burchaklariga olib chiqib, simsiz panel va bosma plata integratsiyasini osonlashtirish

Ketma-ket yo‘l uzaygani sayin mis izlarning elektr qarshiligi ham oshadi. TEMsim bu parazitik qarshilikni mis izlarning umumiy uzunligi, kengligi, qalinligi va o‘tkazuvchanligi orqali modelga kiritadi.

Uch modul dizayni qanday taqqoslangan?

TEM-342 eng katta oyoqchalarga va eng yuqori to‘ldirish koeffitsiyentiga ega. Elektr toki nisbatan yuqori, kuchlanishi past. TEM-1029 esa eng kichik oyoqchalarga va pastroq to‘ldirish koeffitsiyentiga qaramay, eng ko‘p ketma-ket juftni o‘z ichiga olgani uchun eng yuqori kuchlanishni hosil qilgan.

TEM-1029 uchun xuddi shu hisoblash nuqtasida:

• Maksimal quvvat nuqtasi kuchlanishi taxminan 31,53 V.
• Maksimal quvvat nuqtasi toki taxminan 0,77 A.
• Maksimal quvvat taxminan 24,18 W.

Bu qiymatlar tajribada erishilgan harorat farqidan ancha yuqori bo‘lgan 180 °C tashqi harorat farqiga tegishli model natijalaridir. To‘rt modulli tajribaviy taqqoslash taxminan 15–45 °C harorat farqida amalga oshirilgan.

Nega eng yuqori to‘ldirish koeffitsiyenti eng yuqori quvvatni bermagan?

Modul quvvati faqat oyoqchalar egallagan umumiy maydonga bog‘liq emas. Ketma-ket zanjirda kuchlanish juftlar soni bilan, ichki qarshilik esa oyoqchalarning uzunligi, kesimi va soni bilan birga o‘zgaradi.

Kichik oyoqchali TEM-1029 da:

• Ko‘proq ketma-ket n-p juftlarning kuchlanishlari qo‘shilgan.
• Har bir oyoqcha kesimi kichraygani uchun elektr qarshilik oshgan.
• Umumiy oyoqcha maydoni kamaygani uchun issiqlik qarshiligi o‘zgargan.
• Yuqori kuchlanish va past tok xususiyati hosil bo‘lgan.

Katta oyoqchali TEM-342 da esa kamroq ketma-ket juft, pastroq kuchlanish va yuqoriroq tok mavjud. Ko‘rib chiqilgan yuk va harorat sharoitlarida TEM-1029 ning kuchlanishdagi ortishi qarshilikdagi ortishdan kuchliroq ta’sir ko‘rsatgan.

Nega haddan tashqari kichik oyoqchalar tanlanmagan?

Model 0,1–2,0 mm oralig‘idagi oyoqcha o‘lchamlarini skanerladi. Oyoqcha kengligi taxminan 0,2 mm dan kichrayganda perimetr/ko‘ndalang kesim maydoni nisbati kattalashib, elektr kontakt va oyoqcha qarshiligi quvvat chiqishini cheklaydi.

Fizik ishlab chiqarish nuqtai nazaridan ham 0,5 mm dan kichik oyoqchalarni kesish, metallizatsiya qilish, tekislash va minglab joylarga lehimlash pastroq ishlab chiqarish unumdorligi va yuqoriroq xarajat xavfini keltiradi. TEM-1029 ning 0,5 mm o‘lchami tadqiqotda iqtisodiy jihatdan amalga oshiriladigan eng yuqori zichlik chegarasi sifatida tanlangan.

Ideal termoelektrik modulning issiqlik balansi qanday modellashtirilgan?

Issiq uchdan olinadigan issiqlik to‘rtta asosiy komponentdan tashkil topadi:

• Seebeck/Peltier konversiya hadi
• Ichki elektr qarshilikdan kelib chiqadigan Joule issiqligi
• Haroratga bog‘liq Seebeck koeffitsiyenti yuzaga keltiradigan Thomson effekti
• Oyoqchalar bo‘ylab passiv issiqlik o‘tkazilishi

Ideal holatda issiq va sovuq uch o‘rtasidagi sof elektr quvvat umumiy tarzda:

\[ P_o = N_{\mathrm{couple}} \left[ \bar{\alpha}\Delta T I -I^2R_i -\bar{\tau}I\Delta T \right] \]

ko‘rinishida ifodalangan. Bu yerda \(I\) tok, \(R_i\) bir juftning ichki qarshiligi, \(\bar{\alpha}\) samarali Seebeck koeffitsiyenti va \(\bar{\tau}\) Thomson hadidir.

Umumiy ichki elektr qarshilik n-turdagi oyoqchalar, p-turdagi oyoqchalar va mis izlarning yig‘indisidir:

\[ R_{i,\mathrm{total}} = R_n+R_p+R_{\mathrm{trace}} \]

Oyoqchalarning elektr qarshiligi juftlar sonining kvadrati, oyoqcha uzunligi, modul maydoni, to‘ldirish koeffitsiyenti va material o‘tkazuvchanliklari bilan bog‘langan. Juda ko‘p kichik oyoqcha ketma-ket ulanganda kuchlanish bilan birga ichki qarshilik ham ortadi.

Termal kontakt qarshiligi nega muhim?

Real modulda issiq blokda o‘lchangan harorat termoelektrik oyoqchaning issiq uchi haroratiga teng emas. Xuddi shunday, oyoqchaning sovuq uchi bilan sovutgich blok o‘rtasida ham harorat pasayishi yuz beradi. Bu farqlar quyidagi qatlamlardan kelib chiqishi mumkin:

• Termal interfeys materiali
• Alyumina keramika taglik
• Mis iz
• Lehim qatlami
• Metallizatsiya va diffuziya to‘sig‘i
• Sirt g‘adir-budurligi va bo‘shliqlar
• Yetarli bo‘lmagan yoki notekis siqish bosimi

9-sahifadagi 3-rasm issiq sirtdan sovuq sirtga tomon beshta asosiy qarshilik komponentini ko‘rsatadi: yuqori taglik, yuqori kontakt, termoelektrik oyoqchalar, pastki kontakt va pastki taglik.

Tadqiqotda tashqi qobiq qarshiligi:

\[ \theta_{\mathrm{shell}} = \theta_{\mathrm{con}} + \theta_{\mathrm{sub}} \]

va umumiy modul qarshiligi:

\[ \theta_{\mathrm{TEM,total}} = \theta_{\mathrm{TE,total}} + 2\theta_{\mathrm{shell}} \]

ko‘rinishida ta’riflangan.

Issiqlik kontakt omili qanday ta’riflangan?

Tadqiqotchilar kontakt qarshiligini bevosita doimiy K/W qiymati o‘rniga o‘lchamsiz TCF bilan ta’riflagan:

\[ \theta_{\mathrm{con}} = TCF \left( \theta_{\mathrm{TE,total}} + \theta_{\mathrm{sub}} \right) \]

TCF kichraygani sayin interfeys yaxshiroq, TCF kattalashgani sayin kontakt yo‘qotishi yuqoriroq deb qabul qilinadi. Tadqiqotda 0,05, 0,10 va 0,15 qiymatlar baholangan.

TCF har bir prototip uchun mustaqil o‘lchangan yagona parametr sifatida bevosita berilmagan. Buning o‘rniga uchta TCF qiymati bilan hisoblangan ishlash diapazonlari tajribaviy nuqtalar bilan taqqoslangan. Shuning uchun moslik butunlay oldindan qat’iy belgilangan bitta parametr bilan qilingan ko‘r bashorat emas, balki ehtimoliy kontakt sifati oralig‘i bilan bajarilgan model taqqoslashidir.

Kontakt qarshiligi elektr ishlashni qanday o‘zgartirgan?

Kontakt qarshiligi oshganda tashqi sirtlar orasida qo‘llangan harorat farqining kichikroq qismi n- va p-turdagi oyoqchalarga yetib boradi. Natijada:

• Samarali oyoqcha harorat farqi kamayadi.
• Ochiq zanjir kuchlanishi pasayadi.
• Yuk ostidagi tok kamayadi.
• Maksimal quvvat pasayadi.
• Konversiya samaradorligi kamayadi.
• Xuddi shu elektr chiqishi uchun talab qilinadigan issiqlik kirishi ortadi.
• Optimal elektr yuki yuqoriroq qarshilikka siljiydi.

21-sahifadagi 8a-rasm TCF nol deb qabul qilinganda model tajribaviy quvvat nuqtalaridan yuqorida qolishini ko‘rsatadi. 8b-rasmda TCF 0,05–0,15 oralig‘i qo‘shilganda tajribaviy nuqtalar model diapazonlari ichiga yoki yaqiniga keladi.

Thevenin ekvivalenti nima maqsadda ishlatilgan?

Modul elektr nuqtai nazaridan ekvivalent kuchlanish manbai va ketma-ket qarshilik bilan ifodalangan:

\[ V_{\mathrm{eq}} = N_{\mathrm{couple}} \bar{\alpha} \Delta T' \frac{\theta_{\mathrm{TE}}} {\theta_{\mathrm{TE}}+2\theta_{\mathrm{shell}}} \]

Bu ifoda tashqi harorat farqining faqat bir qismi samarali oyoqcha harorat farqiga aylanishini ko‘rsatadi.

Ekvivalent qarshilik esa oyoqchalar va izlarning elektr qarshiligidan tashqari elektrotermal bog‘lanish yaratadigan qo‘shimcha hadni ham o‘z ichiga oladi. Yuk qarshiligi ekvivalent ichki qarshilikka yaqinlashganda elektr quvvat maksimal qiymatiga yaqinlashadi. TCF o‘zgarganda ekvivalent manba kuchlanishi va optimal yuk ham o‘zgaradi.

Konversiya samaradorligi qanday hisoblangan?

Real modul samaradorligi issiq tomondan olingan issiqlikka nisbatan:

\[ \eta_{\mathrm{actual}} = \frac{P_o}{Q_h} \]

ko‘rinishida hisoblangan.

Tadqiqot shuningdek uchta nazariy chegarani xabar qiladi:

• Carnot samaradorligi
• Material \(ZT\) ga bog‘liq maksimal nazariy termoelektrik samaradorlik
• Maksimal quvvat nuqtasidagi nazariy samaradorlik

Carnot samaradorligi:

\[ \eta_{\mathrm{Carnot}} = \frac{T_h-T_c}{T_h} \]

va o‘rtacha \(ZT\) ga asoslangan maksimal nazariy konversiya samaradorligi:

\[ \eta_{\max} = \frac{T_h-T_c}{T_h} \frac{ \sqrt{1+\overline{ZT}}-1 }{ \sqrt{1+\overline{ZT}}+T_c/T_h } \]

ko‘rinishida hisoblangan. Real modul samaradorligi kontakt, taglik, mis iz, lehim va yuk moslashuvi yo‘qotishlari sababli ushbu nazariy chegaralardan pastda qoladi.

TEMsim yechim oqimi qanday ishlaydi?

14-sahifadagi 4-rasm hisoblash oqimini yettita asosiy qismda ko‘rsatadi:

1. Modul o‘lchamlari, maqsadli to‘ldirish koeffitsiyenti, chet bo‘shliqlari va oyoqcha o‘lchamlari belgilanadi.
2. Eng yaqin ishlab chiqariladigan panjara va n-p oyoqchalar soni tanlanadi.
3. Issiqlik chegara sharoitlari, yuk qarshiligi va kontakt omili kiritiladi.
4. Mahalliy haroratlarga ko‘ra Seebeck, o‘tkazuvchanlik va Thomson koeffitsiyentlari hisoblanadi.
5. Issiqlik qarshilik tarmog‘i va elektr zanjiri birgalikda yechiladi.
6. Oyoqcha uchlari harorati bo‘shashtirish omili bilan yangilanadi va yaqinlashuv tekshiriladi.
7. Kuchlanish, tok, quvvat, issiqlik kirishi, samaradorlik va \(ZT\) ko‘rsatkichlari xabar qilinadi.

Boshida oyoqcha uchlari harorati tashqi issiq va sovuq sirt haroratlariga teng deb qabul qilinadi. Har bir iteratsiyada kontakt va taglik yo‘qotishlari hisoblanib, real oyoqcha haroratlari qayta aniqlanadi.

Nochiziqli tebranishlarni kamaytirish uchun kamida 0,3 qiymatidagi bo‘shashtirish koeffitsiyenti ishlatiladi:

\[ T_{\mathrm{new}} = T_{\mathrm{prev}} + \omega \left( T_{\mathrm{calculated}}-T_{\mathrm{prev}} \right) \]

Kuchlanish va harorat uchun ikkita alohida yaqinlashuv mezoni qo‘llanib, nisbiy tolerantlik \(10^{-3}\) deb belgilangan.

To‘ldirish koeffitsiyentiga bog‘liq dizayn maydoni nimani ko‘rsatgan?

17-sahifadagi 6-rasm isitgich harorati 50, 100, 150 va 200 °C; sovuq sirt 20 °C va oyoqcha balandligi 0,46 mm bo‘lganda to‘ldirish koeffitsiyentining quyidagi ko‘rsatkichlarga ta’sirini ko‘rsatadi:

• Maksimal quvvat nuqtasi kuchlanishi
• Maksimal quvvat nuqtasi toki
• Optimal yuk qarshiligi
• Elektr quvvati

To‘ldirish koeffitsiyenti oshgani sayin juftlar soni kamaygani uchun kuchlanish pasayish tendensiyasiga ega. Oyoqchalarning umumiy ko‘ndalang kesim maydoni kattalashgani uchun tok ortadi va optimal yuk qarshiligi kamayadi. Quvvat esa bir yo‘nalishda o‘zgarmaydi; kuchlanish bilan tok o‘rtasidagi muvozanatga qarab o‘rta to‘ldirish hududida maksimal qiymatga erishishi mumkin.

TCF 0,05 dan 0,15 gacha oshganda barcha harorat sharoitlarida quvvat egri chiziqlari pastga siljigan. Bu geometriya optimallashtirishni kontakt qarshiligidan mustaqil ravishda amalga oshirib bo‘lmasligini ko‘rsatadi.

TEM-1029 fizik jihatdan qanday yaratilgan?

18-sahifadagi 7b-rasm prototip qatlamlarini ko‘ndalang kesim sxemasi bilan ko‘rsatadi. Tuzilmada quyidagi komponentlar mavjud:

• Yuqori va pastki Al₂O₃ keramika tagliklar
• ENIG sirt qoplamali bosqichli mis kengayish bo‘shashtiruvchi elektrodlar
• Yuqori mis elektrod qatlamlari
• Pastki mis moslashuv qatlamlari
• Yuqori haroratli qattiq lehim ulanishlari
• SAC305, ya’ni Sn96,5-Ag3,0-Cu0,5 lehim ulanishlari
• Ni-Ag-Au asosidagi metallizatsiya va diffuziya to‘sig‘i
• n- va p-turdagi Bi₂Te₃ oyoqchalar

7d-rasmda yuqori keramika taglik qo‘shilishidan oldin 49 × 42 joylashuvli mikro-oyoqcha massivi ko‘rsatilgan. Tadqiqot minglab oyoqchalarni bitta modulda birlashtirish uchun material ishlab chiqarish, aniq kesish, metallizatsiya va bosqichma-bosqich lehimlashni o‘z ichiga olgan ishlab chiqarish oqimi qo‘llanganini bildiradi.

Batafsil ishlab chiqarish bosqichlari S3–S8-rasmlarga yo‘naltirilgan. Ushbu qo‘shimcha rasmlar yuklangan versiyada yo‘qligi sababli oyoqcha kesish unumdorligi, tekislash toleransi, lehim bo‘shlig‘i taqsimoti va nuqsonli modul ulushlari tekshirilmagan.

Tajriba qurilmasi qanday tayyorlangan?

18-sahifadagi 7c-rasmda modul vertikal issiqlik oqimi tartibida ikki blok orasiga joylashtirilgan:

• Yuqorida kartrijli isitgichlar mavjud issiq blok
• Pastda sovutgichga ulangan suyuqlik aylanmali sovuq blok
• Yuqori va pastki sirtlarda termoparalar
• Ma’lumot yig‘ish tizimi
• Sozlanadigan siqish qurilmasi
• Siqish prujinalari
• Ixtiyoriy kuch sensori
• Keramika va ko‘pik issiqlik izolyatsiyasi qismlari
• Elektron yuk

Yuqori haroratlarda slyuda yoki grafit, o‘rta va past haroratlarda termal moy yoki pad ishlatilgan. Issiq sirt kartrijli isitgichlar bilan bosqichma-bosqich qizdirilgan; sovuq sirt sovutgich yordamida taxminan 20–50 °C oralig‘ida ushlab turilgan.

Har bir harorat nuqtasida tizim taxminan 5–10 daqiqa barqaror holatga kelguncha kutilgan. Haroratlar bir nechta joydan qayd etilgan; Fourier qonuni bilan issiqlik oqimi va o‘zgaruvchan elektr yuklarida chiqish quvvati aniqlangan.

Nega siqish kuchi nazorat qilingan?

Modul sirtidagi kontakt qarshiligi interfeys materialining qalinligi va real kontakt maydoni bilan bog‘liq. Siqish oshirilganda bo‘shliqlar kamayishi va kontakt qarshiligi pasayishi mumkin. Biroq ortiqcha kuch mo‘rt Bi₂Te₃ oyoqchalar yoki lehim ulanishlariga zarar yetkazishi mumkin.

Tadqiqot ayniqsa grafit plastina kabi yuqori bosim talab qiladigan interfeys materiallarida 50 psi dan yuqori bosimlar talab qilinishi mumkinligini bildiradi. Biroq asosiy matnda turli siqish kuchlarida o‘lchangan alohida ishlash jadvali yoki optimal bosim qiymati berilmagan.

Model qaysi tajribaviy ma’lumotlar bilan taqqoslangan?

Tasodifiy tanlangani bildirilgan to‘rtta TEM-1029 moduli sovuq tomon taxminan 50 °C da ushlab turilgan holda turli harorat farqlarida sinalgan. 21-sahifada quyidagi tajribaviy kattaliklar ko‘rsatilgan:

• Elektr quvvati
• Talab qilinadigan issiqlik kirishi

Kuchlanish, tok, ochiq zanjir kuchlanishi va samaradorlik uchun model egri chiziqlari ko‘rsatilgan, biroq ushbu to‘rtta o‘zgaruvchiga oid tajribaviy nuqtalar asosiy rasmda berilmagan. Rasm izohi umuman barcha ishlash ko‘rsatkichlarida moslik borligini bildirsa-da, bevosita tajribaviy taqqoslash vizual tarzda taqdim etilgan asosiy kattaliklar quvvat va issiqlik kirishidir.

Taxminan 15 °C harorat farqida tajribaviy quvvat 0,1 W atrofida, 40–45 °C oralig‘ida esa taxminan 1,0–1,4 W darajasida. Xuddi shu harorat oralig‘ida talab qilinadigan issiqlik kirishi taxminan 35 W dan 90–100 W darajasigacha ko‘tariladi. Bular grafikdan taxminan o‘qilgan qiymatlardir; tadqiqot alohida sonli ma’lumotlar jadvalini taqdim etmagan.

Issiqlik kontakt qarshiligi qo‘shilmaganda model nega muvaffaqiyatsiz bo‘lgan?

TCF nol deb olinganda butun tashqi harorat farqi oyoqchalarga yetadi deb faraz qilinadi. Bu ideal qabul:

• Seebeck kuchlanishini ortiqcha hisoblagan,
• tok va quvvatni ortiqcha hisoblagan,
• xuddi shu harorat farqi uchun kerakli issiqlikni past hisoblagan.

Tajribada esa keramika, lehim, mis va tashqi interfeyslarda qo‘shimcha harorat pasayishlari mavjud. TCF qo‘shilganda oyoqchalarning real \(\Delta T\) qiymati kichraygan va model tajribaviy ma’lumotga yaqinlashgan.

Model-tajriba mosligi qanchalik kuchli?

Tajribaviy nuqtalarning aksariyati TCF 0,05–0,15 model diapazoni ichida yoki unga yaqin. Bu holat model kontakt yo‘qotishlarini hisobga olganda umumiy tendensiyani ushlay olishini qo‘llab-quvvatlaydi.

Biroq moslikning sonli kuchi cheklangan tarzda xabar qilingan:

• Faqat to‘rtta modul namunasidan foydalanilgan.
• Modullar har bir haroratda necha marta takrorlangani tushuntirilmagan.
• Xato chiziqlari berilmagan.
• TCF har bir modul uchun mustaqil o‘lchanmagan.
• RMSE, o‘rtacha mutlaq xato yoki foiz xato xabar qilinmagan.
• Model ishlab chiqish va tasdiqlash uchun alohida modul guruhlari ta’riflanmagan.

Shuning uchun “kuchli moslik” xulosasi vizual va tendensiya darajasidadir; aniq bashorat xatosi chegarasi berilmagan.

Yuk qarshiligi ishlashga qanday ta’sir qilgan?

22-sahifadagi 9-rasm 50, 100, 150 va 200 °C harorat farqlarida elektr yuk qarshiligining quvvat, kuchlanish va tokka ta’sirini ko‘rsatadi.

Yuk qarshiligi nolga yaqin bo‘lganda tok yuqori, biroq yukdagi kuchlanish past bo‘lgani uchun elektr quvvat past. Yuk qarshiligi juda yuqori bo‘lganda kuchlanish ochiq zanjir qiymatiga yaqinlashadi, ammo tok kamayadi. Ikki chekka orasida maksimal quvvat nuqtasi mavjud.

TCF oshganda:

• Cho‘qqi quvvat kamaygan.
• Cho‘qqi quvvat nuqtasi yuqoriroq yuk qarshiligiga siljigan.
• Butun yuk diapazonida kuchlanish va tok kamaygan.

Jadvaldagi qiymatlar 9-rasmdan taxminan o‘qilgan va o‘lchangan tajriba natijalari emas.

Harorat-ishlash xaritalari nima beradi?

23–24-sahifalardagi 10 va 11-rasmlar sovuq tomon harorati bilan modul harorat farqining ko‘plab kombinatsiyalari uchun quyidagi natijalarni ko‘rsatadi:

• Talab qilinadigan issiqlik kirishi
• Samarali issiqlik o‘tkazuvchanlik
• Modul konversiya samaradorligi
• Elektr quvvati
• Kuchlanish
• Tok

Xaritalar TCF 0,05, 0,10 va 0,15 uchun alohida hisoblangan. Bu tuzilma ma’lum haroratlar ostida chiqishni hisoblash bilan birga, ma’lum sovutgich harorati va issiqlik oqimidan modulning samarali ish nuqtasi hamda elektr chiqishini teskari aniqlash imkonini beradi.

Tadqiqotchilar bu chiqishlarni issiqlik almashtirgich CFD modellariga kirish sifatida ishlatishni tavsiya qilgan. Biroq ushbu tadqiqotda to‘liq integratsiyalangan real issiqlik almashtirgich, geotermal quduq yoki sanoat chiqindi gaz tizimi tajribaviy qurilmagan.

50 modulli sifat nazorati natijasi nima?

Asosiy matn 50 moduldan iborat partiyada Harman usuli bilan taxminan 0,75–0,83 modul darajasidagi \(ZT\) qiymatlari olinganini bildiradi. Bu natija seriyali ishlab chiqarish barqarorligi nuqtai nazaridan muhim bo‘lishi mumkin.

Biroq batafsil o‘lchovlar, taqsimot grafiklari, qurilma kalibrlashi va tuzatishlar S22-rasm hamda S5–S6-jadvallarga yo‘naltirilgan. Qo‘shimcha material yuklanmagani uchun:

• 50 o‘lchovning taqsimoti,
• o‘rtacha va standart og‘ishi,
• chet qiymatlar,
• o‘lchov noaniqligi,
• nurlanish va tashqi issiqlik yo‘qotishi tuzatishlari

ushbu ko‘rib chiqishda tasdiqlanmagan.

Batafsil termoelektrik oyoqcha yechuvchisi nega ishlab chiqilgan?

TEMsim modul darajasida o‘rtacha xususiyatlar bilan tez hisoblashni amalga oshiradi. Katta harorat farqlarida yoki uzun oyoqchalarda harorat profili chiziqlilikdan sezilarli chetga chiqishi mumkin. Joule qizishi, Thomson effekti va haroratga bog‘liq material xususiyatlari oyoqcha bo‘ylab mahalliy issiqlik oqimini o‘zgartirishi mumkin.

Shuning uchun tadqiqotchilar har bir oyoqchani ko‘p sonli fazoviy bo‘laklarga ajratadigan alohida bir o‘lchovli chegara qiymati yechuvchisini ishlab chiqdilar. Yechuvchi harorat \(T(x)\) va issiqlik oqimi \(q(x)\) maydonlarini bir vaqtda oldinga yuritadi:

\[ \frac{dT}{dx} = \frac{JT\alpha(T)-q} {k(T)} \]

\[ \frac{dq}{dx} = \sigma(T)J^2 \left[ 1- \frac{\alpha^2(T)T} {\sigma(T)k(T)} \right] - \frac{J\alpha(T)} {k(T)}q \]

Bu yerda \(J\) tok zichligi, \(\alpha(T)\) Seebeck koeffitsiyenti, \(\sigma(T)\) elektr o‘tkazuvchanlik va \(k(T)\) issiqlik o‘tkazuvchanlik.

Yuruvchi yechim algoritmi qanday ishlaydi?

Oyoqcha sovuq uchdan issiq uchgacha teng uzunlikdagi bo‘laklarga ajratiladi. Sovuq uch harorati ma’lum; biroq sovuq uch issiqlik oqimi dastlab noma’lum. Algoritm quyidagi bosqichlarni bajaradi:

1. Sovuq uch issiqlik oqimi uchun sinov qiymati tanlanadi.
2. Harorat va issiqlik oqimi sovuq uchdan issiq uchga qarab bo‘lakma-bo‘lak hisoblanadi.
3. Har bir bo‘lakda avval bashorat, keyin o‘rta nuqta xususiyatlari bilan tuzatish amalga oshiriladi.
4. Hisoblangan issiq uch harorati bilan maqsadli harorat orasidagi farq topiladi.
5. Turli ishorali ikkita issiqlik oqimi yechimi topilib ildiz oralig‘i hosil qilinadi.
6. MATLAB fzero funksiyasi bilan to‘g‘ri sovuq uch issiqlik oqimi aniqlanadi.
7. Yakuniy harorat va issiqlik oqimi profillari qayta hisoblanadi.

Qidiruv avval oldingi ish nuqtasi atrofidagi tor oraliqda bajariladi; ishora o‘zgarishi topilmasa oraliq bosqichma-bosqich ±3, ±8 va ±80 o‘tkazish shkalasigacha kengaytiriladi. Eng keng oraliqda ham fizik yechim topilmasa, tanlangan tok zichligi barqaror yechim bermaydi deb qabul qilinadi.

Bitta oyoqcha samaradorligi natijalari qanday?

28-sahifadagi 13-rasm 0,5 × 0,5 × 0,46 mm oyoqchalar uchun sovuq tomon 50 °C va issiq tomon 150 °C bo‘lganda samaradorlik-tok zichligi egri chiziqlarini ko‘rsatadi.

Tok zichligi ishoralarining turlicha bo‘lishi n- va p-turdagi oyoqchalardagi tok yo‘nalishi ishora qoidalaridan kelib chiqadi. Bu oyoqchalar real modulda elektr jihatdan ketma-ket ulanganligi sababli fizik zanjir toki bir xil; kesim va ishora ta’riflariga ko‘ra mahalliy tok zichligi yo‘nalishlari turlicha ko‘rsatiladi.

Oyoqcha ichidagi harorat va issiqlik oqimi profillari qanday?

29-sahifadagi 14-rasmda harorat 0,46 mm oyoqcha balandligi bo‘ylab taxminan 323 K dan 423 K gacha bir yo‘nalishda oshadi. Profil butunlay to‘g‘ri chiziqli emas.

Issiqlik oqimi ham oyoqcha bo‘ylab doimiy qolmaydi. P-turdagi misolda ishlatilgan tok zichligi taxminan −262,24 A/cm² va sovuq uch issiqlik oqimi taxminan −7,107 × 10⁵ W/m². N-turdagi misolda tok zichligi taxminan 216,73 A/cm² va sovuq uch issiqlik oqimi taxminan −5,846 × 10⁵ W/m².

Issiqlik oqimidagi fazoviy o‘zgarish ichki Joule qizishi va haroratga bog‘liq termoelektrik tashishning oyoqcha ichida energiyani hosil qilib qayta taqsimlashidan kelib chiqadi.

Tadqiqotning kuchli tomonlari nimalar?

• Haroratga bog‘liq n- va p-turdagi material xususiyatlari modelga to‘g‘ridan-to‘g‘ri kiritilgan.
• Modul geometriyasi, to‘ldirish koeffitsiyenti, oyoqcha o‘lchami va ulanish qarshiligi bir xil dizayn oqimida o‘rganilgan.
• Issiqlik kontakt qarshiligi o‘lchamsiz TCF bilan aniq modellashtirilgan.
• Joule va Thomson effektlari yarim analitik yechimda hisobga olingan.
• TEMsim tezkor dizayn skaneri uchun ishlab chiqilgan va MATLAB da amalga oshirilgan.
• Uch xil zichlikdagi modul dizayni sonli ravishda taqqoslangan.
• 1.029 juft va 2.058 oyoqchadan iborat fizik prototip ishlab chiqarilgan.
• Real modulning ko‘ndalang kesim tuzilishi va ishlab chiqarishdan oldingi oyoqcha massivi vizual ko‘rsatilgan.
• Nazorat qilinadigan issiq va sovuq bloklardan iborat tajriba qurilmasi qurilgan.
• Kontakt qarshiligi mavjud va mavjud bo‘lmagan model natijalari bevosita taqqoslangan.
• To‘rtta moduldan olingan tajribaviy quvvat va issiqlik kirishi nuqtalari modelga qarshi ko‘rsatilgan.
• Yuk qarshiligi va harorat chegara sharoitlari uchun keng ishlash xaritalari yaratilgan.
• Nochiziqli bitta oyoqcha harorat va issiqlik oqimi yechuvchisi ishlab chiqilgan.
• Usul yuqori kuchlanishli modullarni issiqlik almashtirgich va tizim dizayniga bog‘lash imkonini beradi.

Tadqiqotning asosiy cheklovlari nimalar?

• Tadqiqot hakamlik bahosidan o‘tmagan.
• Qo‘shimcha ma’lumot fayllari yuklangan versiyada mavjud emas.
• Material sintezi va tashish xususiyatlarini o‘lchash usullari asosiy matnda yetarlicha batafsil berilmagan.
• ANSYS taqqoslashining tafsilotlari faqat qo‘shimcha materialga yo‘naltirilgan.
• Tajribaviy model taqqoslashi faqat to‘rtta modulga asoslangan.
• Tajribalarda xato chiziqlari, standart og‘ish yoki ishonch oralig‘i berilmagan.
• Model-tajriba farqi uchun RMSE, MAE yoki foiz xato xabar qilinmagan.
• TCF har bir modul uchun mustaqil o‘lchanmagan, 0,05–0,15 diapazonlari bilan baholangan.
• Siqish kuchining ishlashga ta’siri uchun sonli asosiy natija berilmagan.
• 50 modulli Harman o‘lchovlarining tafsilotlari faqat qo‘shimcha materialda.
• Uzoq muddatli termal sikl va mexanik charchash tajribalari xabar qilinmagan.
• Lehim, metallizatsiya yoki oyoqcha nosozliklari taqsimoti berilmagan.
• Ishlab chiqarish unumdorligi va nuqsonli modul ulushi tushuntirilmagan.
• Modul nomlanishi bilan panjara/oyoqcha/juft sonlari ayrim dizaynlarda izchil emas.
• Geometriya o‘qlari va ayrim o‘zgaruvchi nomlarida yozuv yoki ko‘rsatish noaniqliklari mavjud.
• Harorat ketma-ketligi va Thomson koeffitsiyenti tenglamalarida indeks chegaralari aniq emas.
• Ochiq zanjir kuchlanishida o‘rtacha Seebeck va alohida Thomson tuzatishi qanday ajratilgani mustaqil tasdiqlanmagan.
• TEMsim kodi ochiq repozitoriyda ulashilmagan.
• Xom tajriba ma’lumotlari uchun ochiq ma’lumot havolasi berilmagan.
• Real geotermal yoki sanoat chiqindi issiqlik manbasida dala tajribasi o‘tkazilmagan.
• Issiqlik almashtirgich, nasos, sovutgich va quvvat elektronikasi kiritilgan tizim samaradorligi hisoblanmagan.
• Iqtisodiy xarajat, qaytish muddati va watt boshiga ishlab chiqarish xarajati taqdim etilmagan.

Tadqiqot nimani qo‘llab-quvvatlaydi?

• Haroratga bog‘liq material xususiyatlari va kontakt qarshiligini o‘z ichiga olgan yarim analitik model modul dizaynida ishlatilishi mumkinligini qo‘llab-quvvatlaydi.
• Issiqlik kontakt qarshiligini e’tibordan chetda qoldirish quvvat va samaradorlikni ortiqcha baholashga olib kelishini ko‘rsatadi.
• Ko‘p juftlar soni past to‘ldirish koeffitsiyentiga qaramay kuchlanish va quvvat afzalligi berishi mumkinligini ko‘rsatadi.
• 0,5 mm oyoqchalar bilan 1.029 juftni bitta modulda fizik birlashtirish mumkinligini ko‘rsatadi.
• TEM-1029 ko‘rib chiqilgan sonli sharoitlarda TEM-342 va TEM-696 dan yuqori cho‘qqi quvvat hosil qilganini ko‘rsatadi.
• To‘rtta prototipdan olingan quvvat va issiqlik kirishi o‘lchovlarining TCF 0,05–0,15 model diapazoni bilan umumiy mosligini ko‘rsatadi.
• Kontakt sifati optimal yuk qarshiligini o‘zgartirishi mumkinligini ko‘rsatadi.
• Bitta oyoqcha harorat va issiqlik oqimi profillari nochiziqli tarzda hisoblanishi mumkinligini ko‘rsatadi.
• Usul turli modul geometriyalarini tezda taqqoslash uchun ishlatilishi mumkinligini qo‘llab-quvvatlaydi.

Tadqiqot nimani isbotlamaydi?

• TEM-1029 barcha harorat va kontakt sharoitlarida eng yaxshi termoelektrik dizayn ekanini isbotlamaydi.
• 0,5 mm oyoqchalar barcha ishlab chiqaruvchilar uchun iqtisodiy yoki yuqori unumdor ekanini ko‘rsatmaydi.
• 24,18 W yoki taxminan 40 W model natijalari dala sharoitida uzluksiz olinishi mumkinligini isbotlamaydi.
• To‘rtta prototipdagi moslikni butun seriyali ishlab chiqarishga umumlashtirish mumkinligini ko‘rsatmaydi.
• TCF qiymatlari butun modul umri davomida doimiy qolishini ko‘rsatmaydi.
• 50 modulli partiyaning uzoq muddatli ishonchliligini isbotlamaydi.
• Modul termal sikllash, vibratsiya, namlik yoki oksidlanish ostida chidamli ekanini ko‘rsatmaydi.
• Geotermal yoki sanoat chiqindi issiqlik tizimining umumiy konversiya samaradorligini o‘lchamaydi.
• Issiqlik almashtirgich va sovitish uchun kerak bo‘ladigan yordamchi energiyani hisobga olmaydi.
• Yuqori kuchlanishli panel darajasidagi ketma-ket-parallel ulanishning ishonchliligini tajribaviy ko‘rsatmaydi.
• Bitta oyoqcha uchun hisoblangan foiz 5,40 va foiz 4,99 samaradorliklar butun modul samaradorligi ekanini ko‘rsatmaydi.
• Iqtisodiy qaytish, uglerod kamayishi yoki investitsiya amalga oshirish mumkinligi haqida ma’lumot bermaydi.

Tadqiqotning usuli va natijalari

Tadqiqot dizaynining texnik xulosasi

TEM-1029 prototipining xususiyatlari

Uch dizaynning yuqori harorat nuqtasidagi taqqoslanishi

Taqqoslash \(T_c=20\ ^\circ\mathrm{C}\), \(T_h=200\ ^\circ\mathrm{C}\) va TCF = 0,10 model shartiga tegishli. TEM-342 va TEM-696 nomlaridagi sonlar panjara kataklari bilan, TEM-1029 nomidagi son esa n-p juftlar soni bilan bog‘langanligi sababli manbada nomlash izchilligi bilan bog‘liq muammo mavjud.

Kontakt omilining ta’siri

Tajribaviy tasdiqlash qamrovi

Bitta oyoqcha yechuvchisining natijalari

Asosiy rasmlarning asosiy xabarlari

• 1-rasm: n- va p-turdagi Bi₂Te₃ materiallarning 300–500 K oralig‘idagi Seebeck koeffitsiyenti, elektr o‘tkazuvchanligi, issiqlik o‘tkazuvchanligi, quvvat faktori, \(ZT\) va umumiy Seebeck farqini ko‘rsatadi.
• 2-rasm: Yuqori zichlikdagi S shaklidagi ketma-ket ulanish, turli to‘ldirish maqsadlari va oyoqcha o‘lchamiga ko‘ra ishlab chiqariladigan panjaralarni ko‘rsatadi.
• 3-rasm: Keramika taglik, mis iz va termoelektrik oyoqchalardan iborat qatlamli tuzilma hamda besh komponentli issiqlik qarshilik tarmog‘ini ko‘rsatadi.
• 4-rasm: Geometrik dizayndan haroratga bog‘liq material hisobiga, issiqlik-elektr tarmoq yechimi va yaqinlashuv nazoratigacha bo‘lgan TEMsim oqimini ko‘rsatadi.
• 5-rasm: TEM-342, TEM-696 va TEM-1029 dizaynlarida oyoqcha o‘lchami, to‘ldirish koeffitsiyenti, oyoqcha balandligi, V-I va P-I munosabatlarini taqqoslaydi.
• 6-rasm: TCF 0,05, 0,10 va 0,15 ostida to‘ldirish koeffitsiyentiga bog‘liq kuchlanish, tok, yuk qarshiligi va quvvat o‘zgarishini ko‘rsatadi.
• 7-rasm: Prototipning ko‘p qatlamli kesimi, 49 × 42 oyoqcha massivi va nazorat qilinadigan issiq-sovuq blok tajriba qurilmasini ko‘rsatadi.
• 8-rasm: Kontakt qarshiligisiz model tajribaviy quvvatni ortiqcha baholashini, TCF qo‘shilganda tajribaviy ma’lumotga yaqinlashishni ko‘rsatadi.
• 9-rasm: Turli harorat farqlari va TCF qiymatlarida yuk qarshiligiga bog‘liq quvvat, kuchlanish va tok egri chiziqlarini ko‘rsatadi.
• 10-rasm: Talab qilinadigan issiqlik kirishi, samarali issiqlik o‘tkazuvchanlik va konversiya samaradorligining issiq va sovuq chegara sharoitlaridagi xaritalarini ko‘rsatadi.
• 11-rasm: Xuddi shu harorat maydonida elektr quvvati, kuchlanish va tok xaritalarini ko‘rsatadi.
• 12-rasm: Bitta oyoqchada harorat va issiqlik oqimini bo‘lakma-bo‘lak yechadigan bashorat-tuzatish algoritmini ko‘rsatadi.
• 13-rasm: n- va p-turdagi oyoqchalarning samaradorlik-tok zichligi egri chiziqlari va ildiz topish qoldiqlarining yaqinlashuvini ko‘rsatadi.
• 14-rasm: 0,46 mm oyoqcha balandligi bo‘ylab harorat va issiqlik oqimi profillarini ko‘rsatadi.

Dalil darajasiga ko‘ra topilmalar holati

Manba va usul eslatmasi

Tadqiqotning to‘liq asl nomi: Predictive Design of Scalable High Voltage and High Density Thermoelectric Modules for Energy Harvesting and Heat Recovery

Mualliflar: Ziming Jing, Kirk Nuzum va Mukul Sharma.

Mualliflar tartibi: Ziming Jing birinchi, Kirk Nuzum ikkinchi va Mukul Sharma uchinchi muallif.

Teng hissa ma’lumoti: Yuklangan versiyada teng hissa qo‘shgan muallif bayonoti mavjud emas.

Mas’ul muallif: Ziming Jing.

Mas’ul muallif e-pochtasi: ziming.jing@utexas.edu

Institutsional aloqalar:

1. University of Texas at Austin, Austin, AQSh.
2. Geothermix LLC, Austin, AQSh.

Muallif–muassasa mosligi:

• Ziming Jing: University of Texas at Austin.
• Kirk Nuzum: Geothermix LLC.
• Mukul Sharma: University of Texas at Austin.

DOI:10.2139/ssrn.7197181

Nashr platformasi: SSRN.

Rasmiy manba havolasi:SSRN tadqiqot yozuvi

Nashr yili: 2026.

Sahifalar soni: 32.

Manba turi: Yarim analitik modellashtirish, modul dizayni, fizik ishlab chiqarish va nazorat qilinadigan tajribaviy tasdiqlashni o‘z ichiga olgan termoelektrik muhandislik preprinti.

Hakamlik holati: Tadqiqot hakamlik bahosidan o‘tmagan. Barcha sahifalarda “This preprint research paper has not been peer reviewed” ogohlantirishi mavjud.

Jurnal: Hakamlikdan o‘tgan jurnal nomi, qabul qarori, jild, son yoki yakuniy maqola raqami mavjud emas.

Nashriyot: Yakuniy hakamlikdan o‘tgan nashr uchun nashriyot ma’lumoti mavjud emas. Ko‘rib chiqilgan versiya SSRN preprintidir.

Moliyalashtirish: University of Texas at Austin da bajarilgan ish AQSh Energetika vazirligi tomonidan qisman qo‘llab-quvvatlangani bildirilgan. Fond yoki grant raqami berilmagan.

Boshqa qo‘llab-quvvatlash: Mualliflar Geothermix, University of Texas at Austin PGE Machine Shop va tizimni o‘rnatish hamda rivojlantirishga hissa qo‘shgan Daryl Nygaardga minnatdorlik bildirgan.

Manfaatlar to‘qnashuvi: Yuklangan versiyada aniq manfaatlar to‘qnashuvi bayonoti mavjud emas. Mualliflardan Kirk Nuzum Geothermix LLC bilan bog‘liq; buning tadqiqot dizayni yoki tijoriy mahsulot bilan aloqasi alohida izohlanmagan.

Muallif hissalari: Yuklangan versiyada CRediT yoki muallif kesimida batafsil hissa bayonoti mavjud emas.

Ma’lumotlarga kirish: Xom tajriba ma’lumotlari uchun ochiq repozitoriy yoki yuklab olish havolasi berilmagan.

Kodga kirish: TEMsim MATLAB da ishlab chiqilgani bildirilgan, biroq ochiq manba repozitoriysi yoki ishga tushiriladigan kod ulashilmagan.

Qo‘shimcha material holati: Tadqiqot S1–S24-rasmlar, S1–S6-jadvallar va turli qo‘shimcha eslatmalarga havola qiladi. Ushbu qo‘llab-quvvatlovchi ma’lumot fayllari yuklangan versiyada mavjud emas. Ishlab chiqarish oqimi, ANSYS taqqoslashi va 50 modulli Harman sifat nazorati shu sababli to‘liq ko‘rib chiqilmagan.

Etika qo‘mitasi: Tadqiqot inson yoki hayvon ishtirokchilarini o‘z ichiga olmaydigan material va energiya muhandisligi ishidir. Etika qo‘mitasi ma’lumoti mavjud emas.

Ushbu o‘zbekcha izoh faqat yuklangan tadqiqotning asosiy matni, tenglamalari, ikkita asosiy jadvali, tajriba izohlari va 1–14-rasmlarda ko‘rsatilgan natijalarga asoslangan holda tayyorlangan. Tadqiqotda mavjud bo‘lmagan dala tajribasi, uzoq muddatli ishonchlilik natijasi, ishlab chiqarish xarajati, iqtisodiy qaytish yoki tizim darajasidagi energiya samaradorligi qo‘shilmagan. Tashqi manbalar faqat tadqiqot nomi, mualliflari, DOI, mas’ul muallif, SSRN yozuvi va nashr holatini bibliografik tasdiqlash uchun ishlatilgan.

Tadqiqotning eng kuchli dalili 1.029 juftli TEM-1029 prototipining fizik ishlab chiqarilishi va kontakt qarshiligini o‘z ichiga olgan model to‘rtta moduldan olingan quvvat hamda issiqlik kirishi o‘lchovlarining umumiy tendensiyasini ushlashidir. Eng muhim hisobot kamchiligi esa tajribaviy noaniqliklar va model xatosi sonli tarzda berilmagani, tasdiqlash faqat to‘rtta namuna bilan cheklangani va batafsil qo‘llab-quvvatlovchi natijalar yuklanmagan qo‘shimcha materialga qoldirilganidir.

TEM-1029 uchun 24,18 W natijasi 20 °C sovuq sirt, 200 °C issiq sirt va TCF 0,10 sonli shartiga tegishli. Taxminan 40 W darajasidagi natija esa 200 °C harorat farqi va TCF 0,05 model egri chizig‘idan o‘qiladi. Bular to‘rtta modul bilan bajarilgan past harorat farqi tajribalarining o‘lchangan quvvatlari emas.

Bitta oyoqcha yechuvchisida bildirilgan foiz 5,40 va foiz 4,99 qiymatlar 50–150 °C chegara haroratlarida alohida p- va n-turdagi oyoqchalar uchun hisoblangan optimal konversiya samaradorliklaridir. Ularni TEM-1029 ning barcha qatlamlari va kontakt yo‘qotishlarini o‘z ichiga olgan modul darajasidagi tajribaviy samaradorlik sifatida talqin qilmaslik kerak.

Modelni real muhandislik dizaynida qo‘llash uchun ochiq kod ulashish, mustaqil tajriba laboratoriyasida takrorlash, har bir modul uchun kontakt qarshiligini bevosita o‘lchash, noaniqlik tahlili, uzoq muddatli termal sikllash, ishlab chiqarish tolerantliklarining ehtimollik tahlili va to‘liq issiqlik almashtirgich–quvvat elektronikasi tizimi bilan dala tasdig‘i talab etiladi.