Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/12818
Title: Ανάπτυξη συστοιχίας θερμοηλεκτρικών στοιχείων ενσωματωμένων σε δομικές κατασκευές από σύνθετα υλικά
Other Titles: Development of an array of thermoelectric elements embendded in structural materials made with composites
Authors: Ντεμίρης, Σπυριδων
Keywords: Θερμοηλεκτρικοί κινητήρες
Φαινόμενο Seebeck
Prometheus Project
Αεροδιαστημική
Παραγωγή ενέργειας
Keywords (translated): Thermoelectric generators
Seebeck effect
Aerospace
Prometheus Project
Energy production
Abstract: Η παρούσα διπλωματική εργασία εκπονήθηκε στα πλαίσια του μεταπτυχιακού προγράμματος σπουδών (ΜΠΣ) του τμήματος Μηχανολόγων & Αεροναυπηγών του πανεπιστημίου Πατρών, με κατεύθυνση <<Υπολογιστική και Πειραματική Μηχανική και Προηγμένα Υλικά>>. Πιο συγκεκριμένα, η διπλωματική χωρίζεται σε δύο βασικά μέρη. Στο πρώτο μέρος γίνεται αναφορά στις βασικές αρχές λειτουργίας των θερμοηλεκτρικών κινητήρων (TEG) τόσο στο κομμάτι των φυσικών φαινομένων που τους διέπουν, όσο και στα μαθηματικά που περιγράφουν τον τρόπο λειτουργίας τους. Το δεύτερο μέρος είναι αφιερωμένο στην εφαρμογή των θερμοηλεκτρικών επάνω στο κομμάτι των αεροσκαφών. Με βάση το μη επανδρωμένο αεροσκάφος “DEMON” της BAE Systems και του πανεπιστήμιου του Cranfield, και τον θερμοηλεκτρικό κινητήρα Prometheus της EU ECO Technologies, έγινε εκτενής υπολογιστική μελέτη επάνω στην εγκατάσταση του Prometheus στην εξάτμιση του DEMON. Ο λόγος αυτής της εγκαταστάσεις ήταν για να γίνει το αεροσκάφος πιο αποδοτικό σε σχέση με τη διάρκεια πτήσης του όσο και με τη μείωση του βάρους του. Εκτενέστερα, δημιουργήθηκε ένα πρόγραμμα Simulink στο οποίο προσομοιάζεται η λειτουργία ενός θερμοηλεκτρικού στοιχείου. Επίσης στο ίδιο πρόγραμμα μοντελοποιήθηκε η λειτουργία του κινητήρα που είναι ενσωματωμένος στον DEMON. Αυτό έγινε με σκοπό να προσομοιωθεί η συμπεριφορά του θερμοηλεκτρικού κινητήρα επάνω στο αεροσκάφος για συνθήκες πτήσης ΕΟΠ (Ευθεία Οριζόντια Πτήση) για διαφορετικά ύψη. Στη συνέχεια με βάση σχέδια της EU ECO Technologies και κάποιων πρόσθετων εξαρτημάτων, έγινε μελέτη θερμικής ανάλυσης σε συνθήκες πειράματος στο εργαστήριο, με το πρόγραμμα Solidworks. Τα αποτελέσματα που πάρθηκαν από το υπολογιστικό μοντέλο, συγκρίθηκαν με αυτά από την πειραματική διαδικασία αποδεικνύοντας το μικρό σφάλμα που υπάρχει μεταξύ τους. Κλείνοντας, με βάση την παρούσα εργασία θα μπορούσαν να μελετηθούν ένα πλήθος αντικειμένων επάνω στο συγκεκριμένο αντικείμενο. [1] Για παράδειγμα, για την ψύξη των θερμοηλεκτρικών προκρίνονται δύο τρόποι. Με χρήση από τον αέρα του συμπιεστή, είτε από ειδικές οπές επάνω στην άτρακτο. Για κάθε έναν τρόπο υπάρχουν πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα που πρέπει να μελετηθούν. [2] Η χρήση μεταλλικών υλικών που περικλείουν την εξάτμιση για να εγκατασταθούν τα θερμοηλεκτρικά στοιχεία αυξάνουν το βάρος στο αεροσκάφος. Η χρήση προηγμένων υλικών π.χ Σύνθετα υλικά θα βοηθούσε στην καλύτερη απόδοση τόσο του συστήματος όσο και του ίδιου του αεροσκάφους [3] Η σχεδίαση του συστήματος διαχείρισης της παραγόμενης ενέργειας (Power management)
Abstract (translated): This Diploma Thesis was developed in the context of the postgraduate study program of the Department of Mechanical Engineering and Aeronautics of the University of Patras, in the direction of "Computational and Experimental Engineering and Advanced Materials". More specifically, this thesis is divided into two main parts. In the first part, there is a reference to the basic principles of operation of the thermoelectric motors (TEG) both in the part of the natural phenomena that govern them, and in the mathematics describing their mode of operation. The second part is devoted to the application of the thermoelectric devices on the aircraft. Based on Unmanned Aerial Vehicle (UAV) DEMON of BAE Systems and Cranfield University, and the Prometheus thermoelectric generator (TEG) of EU ECO Technologies, a computational study was made on the Prometheus installation in DEMON's exhaust. More extensively, a Simulink program was developed in which the operation of thermoelectric elements is extensively simulated and shown how it generates power. Moreover, in the same program was modeled and simulated the drive operation that was built into DEMON. This was done in order to simulate Prometheus's behavior on DEMON for flight conditions of the (Straight Horizontal Flight) for different heights. Subsequently, based on plans by EU ECO Technologies and some extra components, a thermal Analysis was conducted under laboratory conditions using the Solidworks Program. The results obtained from the computational model were compared with those from the experimental process, demonstrating the relative small discreancies that exists between them. In conclusion, based on the present study, a number of objects could be studied on this specific subject. [1] For example, two ways are preferred for cooling the thermoelectric. By using the compressor’s air , or by special holes on the fuselage. For each mode there are advantages and disadvantages that need to be studied. [2] The use of metallic materials that surround the evaporation to install the thermoelectric elements increases the weight on the aircraft. The use of advanced materials such as composite materials would help to improve the performance of both the system and the aircraft itself. [3] The design of the power management system
Appears in Collections:Τμήμα Μηχανολόγων και Αεροναυπηγών Μηχανικών (ΜΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Demiris(aer).pdf7.28 MBAdobe PDFView/Open


This item is licensed under a Creative Commons License Creative Commons