Taguchi optimization and thermoelectrical analysis of a pin fin annular thermoelectric generator for automotive waste heat recovery

热电发电机 田口方法 热电效应 材料科学 质量流量 机械工程 工程类 复合材料 机械 物理 热力学
作者
Wenlong Yang,Chenchen Jin,Wenchao Zhu,Yang Li,Rui Zhang,Liang Huang,Changjun Xie,Ying Shi
出处
期刊:Renewable Energy [Elsevier BV]
卷期号:220: 119628-119628 被引量:32
标识
DOI:10.1016/j.renene.2023.119628
摘要

Enhancing thermoelectric performance while minimizing exhaust back pressure is a crucial step in advancing the commercial viability of automotive thermoelectric generators. To achieve high overall performance in a thermoelectric generator, an annular thermoelectric generator equipped with circular pin fins is proposed. A comprehensive three-dimensional numerical model is established to accurately predict thermoelectric performance and thermomechanical behavior. Detailed multi-physics field distribution characteristics are analyzed. Using an L25 orthogonal array, we examine five influencing factors and their five levels: exhaust temperature, exhaust mass flow rate, fin height, fin diameter, and the number of fins. The Taguchi analysis suggests that exhaust temperature is the most influential factor in determining thermoelectric performance, followed by mass flow rate, fin height, fin diameter, and fin number. The optimal values for these parameters are 673 K, 30 g/s, 20 mm, 3 mm, and 420, respectively. Under the optimal design parameters, the net power reaches 34.11 W, representing an 18.7% increase compared to the original design. Moreover, a comparative study is conducted between plate fins and pin fins, showing that the pin fin-based thermoelectric generator exhibits a 5.83% increase in output power and a 4.82% increase in maximum thermal stress compared to the plate fin-based thermoelectric generator.
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