МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ТВЕРДООКСИДНОГО ТОПЛИВНОГО ЭЛЕМЕНТА - Студенческий научный форум

V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

Личный портфель

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ТВЕРДООКСИДНОГО ТОПЛИВНОГО ЭЛЕМЕНТА

Тихова М.Е., Малыхин А.А.
 Комментарии
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Одним из современных методов исследования сложных элементов и систем является их представление в форме математической модели. Математическая модель особенно удобна для анализа объектов исследования с многосвязными функциональными зависимостями. Топливный элемент относят именно к этому классу объектов. В этой связи, после начала работ на кафедре в этом направлении первая задача и состояла в разработке твердооксидного топливного элемента.

Первая математическая модель была разработана путем составления графа и балансовых уравнений материальныхи тепловых потоков реагентов.

1 –компрессор; 2 –рекуператор; 3 – реформер; 4 – анод; 5 – катод; 6 – электролит; 7 – инвертор; 8 – камера сгорания; 9 – газовая турбина; 10 – подогреватель; 11 – система нагрева, испарения воды и перегрева пара; 12 – электрогенератор. I, III, IV – воздух; II, XV - механическая энергия; V, VI, VII, XIV, XXIII - тепло; VIII, IX, XI – топливо; X – пар; XII – выхлоп с анода; XIII – выхлоп с катода; XVI, XVIII, XIX, XX – электрическая энергия; XXI, XVII - отрицательно - заряженные ионы кислорода; XXII- вода

Рисунок 1 – Граф тепловой схемы гибридной энергоустановки

GI∙Cp∙TI∙βkk-1k-1+а∙NII=0

GIII∙Cp∙TIV-TI∙βkk-1k=GV∙Cp∙TV-TVI∙

0,47GIXCH4CptIX+0,53GXH2OCptX=0,82GXICOCp+0,18GXIH2CptXI

0,47GIXCH4+0,53GXH2O=0,82GXICO+0,18GXIH2

0,82GXICOCp+0,18GXIH2CptXI+1,6GXVIIO2-CptXVII=NXVIII++1,35GXIIH2OCp+0,03GXIIH2Cp+0,12GXIICOCp+1,1GXIICO2CptXII;

0,82GXICO+0,18GXIH2+1,6GXVIIO2-=1,35GXIIH2O+0,03GXIIH2+0,12GXIICO+1,1GXIICO2;

4,79GIVO2Cp+18GIVN2CptIV=(1,6GXXIO2-Cp+18GXIIIN2Cp+3,19GXIIIO2Cp)tXIII;

4,79GIVO2+18GIVN2=1,6GXXIO2-+18GXIIIN2+3,19GXIIIO2

NXX=NXVIII-NXIXηинв

Анализ этой математической модели позволил выяснить некоторые зависимости, определяющие параметры этих элементов. Полученные результаты не всегда соответствовали экспериментальным данным с расхождением результатов до 20%. Дальнейшие проведенные исследования показали, что при уточнении математической модели необходимо перейти от потоков тепловой энергии к энергии Гиббса.

Энергия Гиббса – свободная энергия, способная превращаться в работу и равная разности между всей теплотворной способности электрохимической системы и количества энергии, превращенного в теплоту.

GI∙Cp∙TI∙βkk-1k-1+а∙NII=0

GIII∙Cp∙TIV-TI∙βkk-1k=GV∙Cp∙TV-TVI∙

0,31GIXCH4CptIX+0,69GXH2OCptX=0,846GXICOCp+0,154GXIH2CptXI

0,31GIXCH4+0,69GXH2O=0,846GXICO+0,154GXIH2

0,846GXICOCp+0,154GXIH2CptXI+1,048GXVIIO2-CptXVII+2F(Eηt-Uэ)=NXVIII++1,179GXIIH2O+0,846GXIICO2+0,023GXIIH2tXII;

0,82GXICO+0,154GXIH2+1,048GXVIIO2-=1,179GXIIH2O+0,023GXIIH2+0,846GXIICO2;

3,144GIVO2Cp+10,52GIVN2CptIV=(1,04GXXIO2-Cp+10,52GXIIIN2Cp+2,14GXIIIO2Cp)tXIII;

3,144GIVO2+10,52GIVN2=1,04GXXIO2-+10,52GXIIIN2+2,14GXIIIO2

NXX=NXVIII-NXIXηинв

Дальнейшая работа состоит в определении путей проектирования ТОТЭ на базе последней математической модели.

Просмотров работы: 1035