基于comsol的热电效应数值计算

摘要

热电效应指不同金属导体组成的闭合回路在不同温度场下产生电动势的现象。本文基于Comsol软件，建立了包含铜电极和热电材料Bi2Te3、PbTe的几何模型，并设定了相应的边界条件和物理场。通过计算，得到了模型在温度差影响下的温度场、电势和电场分布。这些结果有助于深入理解热电效应的机制，并为热电材料的应用和优化提供了重要的数值依据。

正文

基于comsol的热电效应数值计算  

Q：什么是热电效应？  

将两种不同成分的金属导体组成一个闭合回路，当闭合回路的两个接点分别置于不同温度场时，回路中将产生一个电动势。该电动势的方向和大小与导体的材料及两接点的温度有关，这种现象被称为热电效应，又称塞贝克效应。  

热电效应可以理解为温度梯度下，导体内部的载流子从热端向冷端流动，并在冷端进行堆积，从而在材料内部形成电势差，同时该电势差作用下产生一个反向电荷流，热运动的电荷流动和导体内部电场达到动态平衡时，材料两端会形成稳定的温度差电动势。热电效应原理图如图1所示。

图1.热电效应原理图  

1.几何模型  

几何模型如图2所示。计算模型上下两端为金属铜电极，左端为热电材料Bi2Te3，右端为热电材料PbTe。模型体现出在温度差的影响下，模型电势和电场的变化。

图2.热电效应几何模型  

2.边界条件

  计算模型选择固体传热以及电流场进行计算，耦合的多物理场选择热电效应。边界条件和物理场如图3所示。

图3.物理场边界条件  

3.计算结果  

  模型计算结果如图4、5和6所示。  

图4.计算模型温度场分布

图5.计算模型电势分布

图6.计算模型电场分布