Verwendung von TEC-Materialien

Zuweisen eines TEC-Elements

  1. Öffnen Sie das Schnellbearbeitungs-Dialogfeld Material. Es stehen verschiedene Methoden zur Verfügung:
    • Klicken Sie mit der linken Maustaste auf das Bauteil, und klicken Sie im kontextabhängigen Werkzeugkasten auf das Symbol "Bearbeiten".
    • Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf das Teil, und klicken Sie auf Bearbeiten...
    • Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf den Teilenamen unter dem Zweig "Materialien" der Designstudienleiste, und klicken Sie auf Bearbeiten....
    • Klicken Sie auf Bearbeiten in der kontextabhängigen Gruppe Materialien.
  2. Wählen Sie ein oder mehrere Teile aus. Leiterplatten sollten als dreidimensionale Volumen modelliert werden, die die gleiche Größe und Form haben wie die tatsächliche Leiterplatte. Keine interne Layer sollten in der Leiterplatte konstruiert werden.
  3. Wählen Sie die Datenbank aus dem Menü Materialdatenbank-Name.
  4. Wählen Sie Thermoelektrische Komponente aus dem Menü Typ.
  5. Wählen Sie das Material aus dem Menü Name.
  6. Wählen Sie die TEC-Fläche aus, d. h. die Fläche, auf der die Zieltemperatur beibehalten werden soll. Aktivieren Sie das Popup-Dialogfeld, indem Sie in die rechte Spalte des Felds "Fläche der gekühlten Seite" klicken. Klicken Sie auf die Abtastfläche der Komponentes. (Flächen, die koplanar zur Abtastfläche verlaufen, werden ebenfalls ausgewählt.)
  7. Klicken Sie auf Anwenden.

So erstellen Sie TEC-Elemente

In der Standarddatenbank sind einige TEC-Musterelemente enthalten. Zum Ändern dieser Parameter, verwenden Sie den Material-Editor zum Kopieren des ursprünglichen Materials in eine benutzerdefinierte Datenbank aus und bearbeiten die Kopie.

Anmerkung: TEC-Elemente müssen in CAD mit ihren ursprünglichen Abmessungen modelliert werden.
  1. Um den Materialeditor zu öffnen, klicken Sie in der kontextabhängigen Gruppe Materialien auf Materialeditor.
  2. Klicken Sie auf die Schaltfläche Liste.
  3. Klicken Sie auf eine benutzerdefinierte Datenbank, und wählen Sie Neues Material. Wählen Sie Thermoelektrische Komp. . Geben Sie einen Namen ein.
  4. Klicken Sie zum Definieren auf die dazugehörige Schaltfläche Eigenschaften:

    1. Definieren Sie die TEC-Geometrie.

    Dazu zählen der Geometriefaktor (G), die Maßeinheiten von "G" und die Anzahl der Bindungsstellen im Element. "G" ist das Verhältnis einer Pin-Querschnittsfläche zur Höhe der Bindungsstelle.

    1. Klicken Sie auf die Schaltfläche TEC-Geometrie.
    2. Geben Sie die Maßeinheiten für den Geometriefaktor ein.
    3. Geben Sie den Wert für "G" ein.
    4. Geben Sie die Anzahl der Bindungsstellen ein.
    5. Klicken Sie auf Anwenden, um den Wert zu speichern.

    2. Definieren Sie die Steuermethode.

    Damit wird der Betriebsmodus des Peltier-Elements definiert. Standardauswahl ist "Tcold". Dadurch wird das Peltier-Element als Kühlelement mit einer angestrebten Temperatur für die gekühlte Seite definiert.

    1. Klicken Sie auf die Schaltfläche Steuermethode.
    2. Wählen Sie die Steuermethode aus:
      • TCold: Zieltemperatur der gekühlten Seite. Das Peltier-Element zieht Wärme von der benutzerdefinierten TEC-Fläche ab, um diese Temperatur zu halten. Mit dieser Methode wird die Kühlung einer Komponente gesteuert.
      • THot: Zieltemperatur der warmen Seite. Das Peltier-Element führt der benutzerdefinierten TEC-Fläche Wärme zu, um diese Temperatur zu halten. Mit dieser Methode wird die Erwärmung einer Komponente gesteuert.
      • Spannung: Wird verwendet, wenn nur die Spannung zum Peltier-Element gesteuert wird.
      • Stromstärke: Wird verwendet, wenn nur die Stromstärke zum Peltier-Element gesteuert wird.
      • Leistung: Wird verwendet, wenn nur die Leistung zum Peltier-Element gesteuert wird.
    3. Klicken Sie auf Anwenden, um den Wert zu speichern.

    3. (Optional) Definieren Sie die Materialparameter-Koeffizienten.

    Seebeck-Koeffizient, elektrischer Widerstand und Leitfähigkeit: Diese Werte sind temperaturabhängig und werden mit Hilfe von Polynomen definiert. Die Koeffizienten in den Musterkomponenten sind ein guter Ausgangspunkt. Lassen Sie sich bei Bedarf jedoch bei bestimmten Elementen die Koeffizienten vom Hersteller angeben.

    1. Klicken Sie auf die Schaltfläche Seebeck -Koeffizient.
    2. Verwenden Sie entweder die Koeffizienten aus den Musterkomponenten, oder geben Sie andere Werte ein. Klicken Sie auf Anwenden, um die Werte zu speichern.
    3. Wiederholen Sie den Vorgang für die Option Elektrischer Widerstand, und klicken Sie auf Anwenden.
    4. Wiederholen Sie den Vorgang für die Option Leitfähigkeit, und klicken Sie auf Anwenden.

    Diese Ausdrücke sind Polynome 2. Ordnung, die sich mit der Durchschnittstemperatur (Td) verändern. Die Koeffizienten unterscheiden sich je nach Hersteller. Die verwendeten Standardwerte in Autodesk® CFD sind nachstehend aufgeführt.

    Seebeck-Koeffizient a (Einheit V/K):

    a = 0.000210902 + 3.4426e-07(Td - 23) - 9.904e-10(Td - 23)²

    Elektrischer Widerstand r (Einheit Ohm-m):

    r = 1.08497e-05 + 5.35e-08(Td - 23) + 6.28e-11(Td - 23)²

    Leitfähigkeit k (Einheit W/m-K):

    k = 1.65901 - 0.00332(Td - 23) + 4.13e-5(Td - 23)²

    So berechnen Sie benutzerdefinierte Koeffizienten für diese Werte:

    1. Plotten Sie für jede Größe die Werte als Funktion der Temperatur (in °C).
    2. Verwenden Sie ein Werkzeug zur Kurvenanpassung, um ein Polynom zweiten Grades zu berechnen.
    3. Extrahieren Sie die Koeffizienten der 0., 1. und 2. Ordnung aus der Gleichung.
    4. Geben Sie die drei Koeffizienten in das entsprechende Feld im Material-Editor ein.

    4. Geben Sie die TEC-Parametergrenzwerte an.

    Dabei handelt es sich um Grenzwerte für Leistungsparameter für bestimmte Komponenten, die vom Hersteller angegeben werden. Es ist äußerst wichtig, für die jeweilige Komponente im Analysemodell die richtigen Parameterwerte zu verwenden.

    1. Klicken Sie auf die Schaltfläche TEC-Parametergrenzwerte.
    2. Geben Sie die vom Hersteller angegebenen TEC-Parametergrenzwerte an. Diese Parameter begrenzen die Leistung der Komponente in der Analyse mit Autodesk® CFD. Wenn bei einem System die Zieltemperatur nur durch Überschreiten der Maximalwerte aufrechterhalten werden kann, wird eine Warnmeldung ausgegeben, dass die TEC-Parameter für die Komponente überschritten wurden.
      • QMax ist die maximale Wärmelast, die die Komponente über die gekühlte Seite absorbieren kann. QMax ist die Leistung, die bei maximaler Stromstärke (Imax) einem Temperaturunterschied im gesamten Modul von DT = 0 entspricht.
      • IMax ist die Stromstärke des Gleichstroms, die einen maximalen Temperaturunterschied ergibt (DTMax). Es handelt sich nicht um die höchste Stromstärke, die das Modul aufnehmen kann, sondern um die Stromstärke, die DTMax ergibt. (Dies ist die maximale Stromstärke, die das Modul aufnehmen kann, bevor die resultierende Joule-Erwärmung den Kühleffekt übersteigt. Peltier-Elemente, die mit mehr als der ausgewiesenen maximalen Stromstärke betrieben werden, führen dem System mehr Wärme zu, als sie durch den Peltier-Effekt ableiten.)
      • VMax ist die Höchstspannung für IMax ohne Wärmelast.
      • DTMax ist der maximale Temperaturunterschied, der im Modul bei IMax (ohne Wärmelast) beibehalten werden kann.
    3. Klicken Sie auf Anwenden, um die Werte zu speichern.
  5. Klicken Sie optional auf Speichern.
  6. Klicken Sie auf OK. Das neue Material ist verfügbar, wenn das Schnellbearbeitungs-Dialogfeld Materialien geöffnet wird.

TEC-Modellierungsrichtlinien

Referenz: Rowe, D.M., CRC Handbook of Thermoelectrics, CRC Press, Boca Raton, 1995.

Übergeordnetes Thema: Materialien und Komponenten