Численное моделирование максимального перепада температур в термоэлектрической ветви из градиентно-варизонного сплава висмут-сурьма в области температур 70–120 К

Аннотация

Неоднородные сплавы висмут-сурьма являются наиболее эффективными термоэлектриками при 100 К. В этой статье описывается численное моделирование поля температур в зависимости от тока в термоэлектрической ветви из градиентно-неоднородного сплава Bi100-x-Sbx в пределах полупроводниковой области интервала 11ат%<x<19ат% с помощью COMSOL Multiphysics. В модели учитывается, что параметры вещества, влияющие на термоэлектрическую эффективность, а именно – удельная теплопроводность, термоэдс и удельная электропроводность, являются переменными величинами вдоль ветви. Градиенты неоднородности сплава и температуры при этом лежат в плоскости спайности образца.  Для моделирования указанной задачи была численно решена система уравнений теплопроводности и уравнения обобщенного закона Ома с учетом непрерывно распределенных источников тепла, за которые ответственны тепло Джоуля, эффект Томсона и эффект Пельтье. Из численных расчетов видно, что в области 70–120 К наблюдается рост максимального перепада температур при наличии противоположных градиентов концентрации сурьмы и температуры в образце по сравнению с однонаправленными градиентами или однородным сплавом.  Полученные результаты сравнивались с экспериментальными данными для термоветви с таким же составом неоднородности (11ат%<x<19ат% Sb).