1598005420-e4dffbb6ff09e4f6675580849e63fa88 (811210), страница 34
Текст из файла (страница 34)
е. решении ряда так называемых сопряженных задач. В полном объеме решение указанных задач представляет серьезные трудности, и, как правило, не ставится задача получить исчерпывающую картину полей температур и связанных с ннмн полей концентраций, давлений и т. п, а либо определить температуры в некоторых характерных точках, либо найти некоторые интегральные паоаметры, характеризующие работу ЭХГ в целом. Особенности задачи теплообмена в ТЭ непосредственно связаны с принятой в том илн ином ЭХГ схемой термостатиронания, а также и с общей схемой и конструкцией ЭХГ. Возможны различные пути вывода теплоты из зоны реакции: теплопроводностью по элементам конструкции (а в некоторых схемах — далее по ребрам в окружающую среду), вынужденной и естественной копвекцпей жидкого электролита, вынужденной конвекцней движущихся реагентов и, наконец, испаряющейся водой.
В зависимости от схемы и конструкции ЭХГ и использованной схемы термостатирования обычно происходит либо полное исключение того или иного канала съема теплоты, либо настолько существенное уменыпепне его влияния, что им можно пренебречь. В наиболее распрост(заненпой схеме термостатнрования жидким проточным электролитом теплота удаляется в основном вынужденной конвекцией, эффектами естественной конвекции и теплопронодностн можно пренебречь.
Наиболее просто система термостатировання построена в ЭХГ фирмы «Сименс» !414; в них удаление как теплоты, так и воды осугцествляется только проточным электролитом, поэтому имеется только один канал съема теплоты, и задача построения системы термостатирования в этих разработках свелась в основном к осуществлению мероприятий, обеспечивающих равномерную раздачу !72 электролита между параллельно включенными ТЭ. В ЭХГ для космического корабля «Аполлон» используется система термостатирования с двумя каналами отвода теплоты — сбросом в окружающую среду через поверхность корпуса и циркуляцией водорода. Очевидно, применительно именно к этому проекту решались задачи Гидасповым и другими авторами !4.21.
Батарея ТЭ в этих работах рассматривалась как сплошное тело (параллелепипед), имеющее внутри себя плоские каналы, на граничных поверхностях которого задана некоторая температура стенки (или среды) и которое по этим каналам в одном направлении омывается охлаждающей средой. Мощность тепловыделения, определяемая диссипацией энергии, считается равномерно распределенной по объему. Уравнение энергии для этой задачи решается аналитически в рядах; значения максимальных температур для разных условий конвективного теплообмена приведены в виде номограмм. В системах термостатирования с проточным электролитом большое значение имеет равномерность раздачи электролита не только между параллельно включенными ТЭ, ио и по поверхности электродов, так как наличие застойных зон может привести к значительному локальному перегреву электродов.
Решение этой задачи требует исследования гидромехапикн и теплообмена при движении жидкости в канале, затеспенном сеткой (сепаратором), в стенках которого распределены равномерно источники тепловыделения. В [43] дается метод решеяия этой задачи при малых значениях числа Рейнольдса, когда для анализа движения экндкостн может быль использован закан Дарси.
В работе показано, что при плотности источников теплоты, зависящих только от температуры, а также при пренебрежении малекуляршлы процессами переноса теплоты н тепловым излтп|ением изотермы совпздают с линиями равных времен — геометрическим местам точек т(па, и) =сапа!, достигаемых частицами зкидкости за одинаконыс промежутки времени Таким образом, для расчета температурного поля камеры ТЭ не нужно знать поля скоростей, а требуется определить только интегральные характеристики — линии равных времен.
Рассматриваемая задача может быть решена аналитическим путем в случае точечного ввода н вывода зкидкостн, т. е. когда входное н выходное отверстия канала имеют небольшие диаметры. Аналитическое реп~ение задачи определения полн температур плоского канала неприменимо в случае протяженного паола и вывода >кидкости. Поэтому для тепловых расчетов камер ТЭ жлесообраэпа использование метода физического моделирования, который позволяет получать линни равных времен на специально изготонлепной установке.
!73 — 2рс шг 7' — 7 и з — ~зу „г .й гигу * р (4.!) 174 Если в определенный момент времени жидкость, подаваемая на вход в прозрачную модсгш камсры ТЭ, пзз1еиггла свой цвет, фронты двилгения этой жидкости с нзмснеинызг цВЕтОм будут являться линиями равных времен и, следоватслыго, язотермамн, значения которых могут быть рассчитаны.
Легко показать, что если при проведе- Рис. 4 ), Схема стенда для определения температурных полей камер ТЭ методом физического моделирования. 1 — рзбачяй стол; 2 я  — зразрзчзыз ззяты мадзлз:  — трафарет; б — сзазрзтар; б я 7 — баки;  — 11 — газдиззтззззыз магистрали; 12 — мерный сосуд; ш — узел ззадз ахрзп~зззай жидкости; ы з 16 — коллектор з зззззы ввод» ахрззгзззай жздкастз з ыалзлз. 1з' — ззтзз 17 н 1 — азызы азззжзззз; 12— кззаздазрзг: 22 — сзкуздаызр; 21 и 22 — каналы и отборы дззззззя; 22— рзгузззар расхода зады. нии эксперимента через модель камеры прокачивалась жидкость с расходом тг, а через реальпь1й ТЭ вЂ” жидкость, имеющая плот- НаетЬ Р' И УДЕЛЬНУЮ тЕПЛОЕМКОСтЬ С'р, С РаСХОДОМ и'1, тЕМПЕРатУР.
ное поле камеры определилось уравнением где Та, Т вЂ” температуры на входе и в точках, достигнутых фронтом окрашенной жидкости за время у„; й — толгцина камеры; а— пористость сепаратора. Для регистрации прохождения фронта окрашенной укидкосыг по моделям камер ТЭ был разработан и создан специальный стенд (рис. 4 !). Стенд состоял из модели камеры ТЭ, системы, обеспечивающей постояииьи! расход воды через модель, устройства для ввода окрашенной жидкости, осветители и киноаппарата. Модель камеры предо~валяла собой трафарет, зажатый между двух плит, выполненных из органического стекла Трафарет изготовлялся из листа плотного картона и имел в центре вырез, конфигурация которого соответствовала конфигурации камеры Постояипый рзсхад, воды через модель осущестнлялся системой баков, уровень воды в верхнем баке не изменялся в течение всего эксперимеята.
Измерение расхода воды проводилось путем измерения ее объема на выходе из модели за определенный период времеви. Фронт окрашенной жидкости получалсн путем введения нгбояьшого количества туши в канал, находящийся непосредственно на яходе в исследуемую модель. Тушь подавалась из коллектора через ряд каналов, выполненных в верхней плите, и проходила через сетку, на которой происходило перемешивапие ее с рабочей жидкостью.
Съемка движения фронта окрашенной жидкости про. взводилась киноаппаратом, в плоскости модели камеры устанавливался секундомер, показания которого фиисировались на кинопленке. Для получения гядравличсской характеристики камеры в трафарете делались специальные прорези, соединяющие камеру с отборами давления. Описанная установка позволяет ироизволить киносъемку движения фронта окраигсипой жидкости гю моделям камеры ТЭ с фик. сацией времени съсмки каждого кадра. Г!ри этом поддерживается постоянным и измеряется рзсход воды через модель. С обработанной киноп,телки при помон!и проектора па контур камеры, изображенный иа листе бумаги, наносятся последовательно фотографии движения фронта жидкости.
Как было показано выше, полученные таким образом фронты являются одновременно изотермамн. Задаваясь свойствами агента, проходящего через камеру элемента, теп. ловыделениями и геометрическими характеристиками, камеры, а тзк. же используя значения интервалов времени между момс1шзми фиксации различных фронтов, по уравнению (4.!) определяют численные значения этих изотерм Методом физическо~о модегшровапия были исследованы топливные элементы с проточным электролитом и найдень1 оптимальные конфигурации нх камер. На рис. 4.2 показзвы восемь фотографий, спитых в различные моменты движения фронта окРашенной жядкостй по молели электролитиой камеры топливного элемента На этом же рисуякс представлены фронты днижеаия, совмещенные на одном чертеже. В табл, 4.1 приведены значения т, для каждого кинокадра н 175 Таблица 4,1.
значении Яеличии г„и 7ы соответствУнидив рнэличным фронтам дннгиения гнагдкйости по злектрольтной камере ТЭ с проточным электролитом зз аа аа ! !еа а 1!а гэ сааза с ) 0 ' 0,2 ! 1,2 ' 4,0 ! 0,3 !0,0 12,2 !3,8 Тн, 'С ! 70,0 ! 70,! ~ 70,5 ! 71,7 ( 72,7 74,3 ! 75,2 7о,9 рассчитанные значения 7„ при следу~педик параметрах: р'= == 1300 кг/ча; с'„=3000 Ляг/(кг К); й= 1 мм; е †. 0,8; па~ =-1,73 ггс; лг',=-.0,5 г/с; д,=-. 193 Вг/и'; 71==70'С. !1а рнс 4.3 представлены нзотермы электролзтнои камеры ТЭ. лгж 77,7 *С 74,2 'С -а а! .-7Р,П С .:41 камеры ТЭ с проточ.
тепловыделений г/, = пг', =-0,5 г/с, 177 176 Рис. 42. Фотогрзфн~г лвнжепня фронта окравеппойг гкпдкостн по модели с элентролптиой камеры ТЭ с прото'пгым электролитом (кинокадры !ге 1, 3, 11, 35, 55, 88, 105 и 118). Рис, 4.3. Температуряое поле электролитиой иым электролитом при уделы~ой могдности = 193 Вт!м' в расходе электролита 12 — 93 71,3 С 71,7 'С 77,7 зС 7П,5'С 7а,1 С 4.2.
ЗЛЕКТРИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ТОКООТВОДЯЩЕИ ОСНОВЬ1 Тенденции к уменьшению массо-габаритных характеристик, а частности толщины токоотводящей основы электродов и сечения токовых выводов, в современных электродах ТЭ при значительных развитых рабочих поверхностях могут привести к существенному снижению выходных характеристик ТЭ по сравнению с теоретическкми, вызванному следующими причинами. ))адение потенциалов по модулю поверхности электродов за счет его сопротцвления (а=р/6, где р — удельное сопротивление, а б — толщина токоотводящей основы электрода) приводит к тому, что точки, удаленные от токовынодящих частей, поляризуются меньше и поэтому работают при меньших плотностях тока.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
