Наближення в’язкої рідини при моделюванні процесу екструзії термоелектричного матеріалу на основі Bi2Te3
Ключові слова:
екструзія, термоелектричний матеріал, моделюванняАнотація
У процесі екструзії заготовки матеріалу деформуються в практично ідеально пластичних умовах. Такий процес може бути змодельований з використанням теорії гідродинаміки, де матеріал розглядається як рідина з дуже високою в'язкістю, яка залежить від швидкості та температури. Внутрішнє тертя шарів матеріалу, які рухаються, є також джерелом тепла, тому необхідно використовувати також рівняння переносу тепла в сукупності з гідродинамічною частиною задачі. Такий підхід є особливо ефективним для моделювання процесу екструзії термоелектричних матеріалів, коли наявні більші деформації. У даній роботі наведено результати об'єктно-орієнтованого комп'ютерного моделювання процесу гарячої екструзії термоелектричного матеріалу на основі Bi2Te3. Розглянуто випадки одержання циліндричних зразків круглого перерізу для різних конфігурацій матриці у процесах одноступінчастої та багатоступінчастої екструзії. Отримані розподіли температури й швидкості течії матеріалу в матриці, а також розподіл напруг у матриці за рахунок зовнішнього тиску й теплових навантажень лягли в основу оптимізації устаткування для одержання екструдованого термоелектричного матеріалу. Бібл. 5, рис. 8, табл. 1.
In the process of extrusion, billets of material are deformed under virtually perfect plastic conditions. Such a process can be simulated using the hydrodynamic theory, where a material is regarded as a fluid of very high viscosity which is a function of velocity and temperature. The internal friction of the moving layers of the material serves as a heat source, so it is also necessary to use the heat transfer equation in conjunction with the hydrodynamic aspect of the problem. This approach is especially effective for simulating the extrusion process of thermoelectric materials when large deformations are present. This paper presents the results of an object-oriented computer simulation of the process of hot extrusion of Bi2Te3 based thermoelectric material. Cases of producing cylindrical samples of circular cross section for various matrix configurations for single-stage and multi-stage extrusion are considered. The distributions of temperature and flow velocity of material in the matrix are obtained, as well as stress distribution in the matrix due to external pressure and thermal loads, which formed the basis for optimization of equipment for producing extruded thermoelectric material. Bibl. 5, Fig. 8, Тabl. 1.
Посилання
1. Bulat L. P. (2002). Thermoelectric cooling. St.-Petersburg: St.-Petersburg State Academy of Cool and Food Technologies.
2. Sabo E. P. (2006). Technology of chalcogenide thermoelements. Physical fundamentals. J.Thermoelectricity, 1, 45-66.
3. Patent of RF 2475333 C1 (2011). Sorokin A.I., Parkhomenko Yu.N., Osvenskyi V.B., Lavrentiev M.G., Karataiev V.V., Drabkin I.A. Extrusion process of thermoelectric material based on bismuth and antimony chalcogenides [in Russian]. .
4. Lavrentiev M.G., Osvenskyi V.B., Mezhennyi M.V., Prostomolotov A.I., Bublik V.T., Tabachkova N,Yu. (2012). Teoreticheskoie i eksperimentalnoie issledovaniie formirovaniia struktyry termoelektricheskogo materiala na osnove tverdykh rastvorov (Bi, Sb)2Te3 poluchennogo metodom goriachei ekstruzii [Theortical and experimental research on the formation of structure of thermoelectric material based on (Bi, Sb)2Te3 solid solutions obtained by hot extrusion method. XIII Interstate Workshop “Thermoelectrics and Their Applications” (St.Petersburg, Russia, 2012).
5. Fluid-structure interaction in aluminum extrusion (2008). Structural Mechanics Module Model Library. COMSOL AB, p. 301-316.
