1598005420-e4dffbb6ff09e4f6675580849e63fa88 (811210), страница 35
Текст из файла (страница 35)
Вследствие этого ТЭ генерирует меньше тока, чем можно было бы ожидать исходя из измеренной разности потенциалов на внешних краях электродов. Этот эффект существенно увеличивается, если токо- съем производится не по всему внешнему краю электрода, а лишь по его части. При этом линии электрического тока искривляются (явление «стягивания») и электрическое сопротивление возрастает тем больше, чем меньше размер присоединительной части токоаыводоа. Омические потери а месте присоединения токовыводящих частей к электродам (переходное омическое сопротивление) и в токовыаодящих узлах на участках, где не генерируется электроэнергия, имеют также характер паразитной нагрузки.
Метод исследования работы ТЭ обычно сводится к нахождению распределения полей потенциалов и плотностей тока на электродах. Однако картины распределения этих нолей могут дать только качественное представление о влиянии омических потерь на выходные характеристики ТЭ. Бельтцером и Горовицем (ОША) предложена методика расчета потерь по току на одном электроде при условии одномерности поля потенциалов и вводится понятие коэффициента эффективности токосъема как отношения реально снимаемого тока на одном электроде к «идеальному», который можно было бы получить, если бы омические потери были равны нулю, при одном и том же напряжении на внешнем крае электрода. Однако способ определения этого коэффициента, предлагаемый авторами статьи, не учитывает, что а ре- 178 при О «С у ( г(1 д4 у»,(х О) — ун(х, О) =- — у +' дх 1 (4.4) д4 чм(Х, д) ун(Х ~() Гм« -' НХ вЂ”.
н, (1 — Ф(Х, О)) г)х (4.5) д»(х' д) „, (à — 4(х, г!)), дх 179 12» альных ТЭ, во-первых, работает не од ин, а совместно даа электрода, ао-вторых, поле потенциалов неодномер- но и, а-третьих, то ' . г сгшмается пе с внешних краев элекбо пов, соединенных с токоотаодящей осно- 1 Р вой электродов проводниками с некоторым сопротивлением. В связи с этим ставится задача найти колнчествент:к иям ТЭ и ные методы оценки омических потер ь по токовынодящим м применительно к реальным коне ру ц частям ия с елью опти- провести соответствующие исследоаани ц .
мизации этих конструкций Д количественной оценки удобно вве т р .с н интег альный пара, ля ктиввости токосъема (г как отношенве — фф ц фф реалычо снимаемого тока р было бы получить, если бы омнческие потери ыли р в при одном и том же напра п яжеиии на борнах ТЭ, оп еделсн из локальных поля- «Идеальный» ток может быть определен из пока ризациониых крив ~х ривых электродов ТЭ для данных температур н цснтрации электролита и т. л. смог„нм поле между д у. в мя плоскими электр х, ог аничснными изоляторами нсчпы»ш в иаправлеииг« осн , р ' .
р х х=-О и х=1. Расстояние между электродами г. скостях х=- и х=. , и нн пересечения электродов с пло- отвод тока осуществляются по линни скостью к= — О м зазо е будем учиты- П и нахождении поля в межэлентролиом: р ри н хо и по электродам и их поляризацию. °,ри вать щле!н н р женин по л и . ню. этом т плотности тока Следуя методик, Тобиасом и Вайсманом, описанную залачу бул м рекг онов линейно зависит от п, ф( ' ) торая яв яется гспрс шать с помощ фу в рассматриваемой области рывно й вместе со своими произволнымп в р сс нала х, (в отличие от потенциала ф(х, у), Уравнение Лапласа для функции тока и гр имеют следующий внд: ду« 4(О, у)=-О; 4(1, у)=7 ' '.
( Л 4.3) (з,+ о)+оСс (4.!0) 1 л — (С вЂ” С,) ~ ~ сяг! ио С= l* — 7à — ' — —— л ! очевидно, что (4.11) ( =(оа(о. ! +,яп (ф— С„) с и=! Для симметричного токосъема и=.и 7 Сы+ "~ (4,7) ! 1г. =-— 1+ бз (4. 17) ' +зо (зо + зо) + пус (4.9) где йго — скачок потенциала прв нулевой плотности тока; о — наклон поляризационной кривой электрода; ц=р/6; р и б — удельное сопротивление и толщина материала электрода; 7 — полный ток в электролите. Най я ш д Ре ение для функции тока, можно с помощью условий Коши — Римана во ннутренней области ТЭ опрсдслить потешпщльную функцию и разность потенциалов между любыоги соответствующими точками на электродах, в том чнслс п па токосъемиых участ' ках электродов, что дает ВАХ ТЭ Уоо + ую* где ц — удельная проводимость электролита; С», С ...
— п о, оо ... — ппстоянфф ц г, зависящие от тангенсз угла наклона поляриззционной кривой, геометрических характеристик, удельного поверхностного сопротивления токоотводящсй осноны элскт одов. Аналогичное н выражение для ВАХ можно получить, решая задаэлсктродов. чу для асимметричного токосъема, когда подвод тока осуществляется, например, в точке О, 0), а отвод в точке (1, г(). Анализируя выражение (4.6), легко показать, что при о-осс в а-оО оно преобразуется н идеальную ВАХ Ток, вычисленный по (4.7), примем за идеальный, с н с током по,(4.6) и п и ый, сравним его . ) и при том же напряжснви получим коэффициент эффективности токосъемз, учнтываюшнй как омические потери элек.
града, так и влияние сопротивления межэлектродвого заза а па выходные характеристики ТЭ, ого зазора па а~+ за ос (4.8) (' +з)+т+2 7' С 1 ! (зоС„+з С,) + с=, ! +.—,„.,— „, 1. Из (4.8) при условии и-оО получим эл — коэффициент эффективности. зависящий только от сопро и . . ектролита. В рсзльиых случаях сопротивление материала электроопрогивлепия , учитываюшуго дов, очевидно, не равно нулю, тогда, приняв ВАХ, поляризацию и сопротивление слоя электролита, за и а идеальную, по- 180 лучим коэффициент эффективности токосъема, позволяющий оцепить омические потери только иа электродах: Из общего вгяа ВАХ, приняв соотвсгствующне предположения получим; оИ 0; зз зо и аг=нз. (4.12) Нетрудяо показать, что выражение, стоящее в скобках правая части уравнения (4,13), есть разложения в ряд Фурье по косинусам функции и = ~l — сй 'й — х г зй )у' — !.
(4.14) Тогда цри х=! получаем иыражение для коэффициента эффектявносз и т окосъем а $/ — 1 з Для' явммметрнчного токосъема прн допущениях (4.12) нз (4. ) 4.6) получим 2з! с1о Х и=-ио — 7 — (!+ — ~ ' ' (4 гб) 3$1 Вы ажения (4.15) н (4.17) позволяют проводить приблнткенные Расчеты эффективности токосъема на реальных электродах то о ьр топливных элементов, Понятие коэффициента эффсктввиости, введенное для токоотводяшей основы элехтрода, может быть распространено и ва токовыс выводы, хотя здесь оно приобретает нссколько другой смысл. Как улге говорилось, токовыводящие части имеют характер паразиткой нагрузки н обусловливают прн данном токе потери по иа- 181 пряжению ЛП, Это в свою оче е ь и р дь рииодит к повышению нзпряэлектродах, паисоединеннь.
р . н ых к таковызодящнм астнм, " их поляризации и потерям по току. Дл , фф а ффектявности токоотвода элекДля определения коэффициенг э в со . щг.гп частями должны быть решены в сонместяо с токовыводя ~ з с ио уравнения Пуассона (для области э ~ек чзсте ), ряде случаев может быть рассчитано рено) сопротивленне токозынодя нх ч иих коэффициент эфф ффсктянвасти (токавыводов) яшнх частей п найден для (4.!8) 3 + у где у — сопротинлснис токовыводя ях ча стк тока на электродах, щях частей, отнесенное к плотва. у=А(у(1, (4.!9) Л(!— — падение напряжения ва токовыво я така на электродах.
ыводящих частях; ! — плотность В таких случаях может бьжь найден об тивпости токосъема ТЭ найден общий коэффициент зффек- (4.20) Как уже указывалось, коэффи иент э -ффнциент ффективности показывает 'сли квдеальная» ВАХ (!=(ук — зу, т том омических потерь б-д удет, очевидно, Для моделирования уримсня тось устроиство схема которого представлена на рис. 4.4. В фиксиразанныс точки рабочей поверхности электрода ! ТЭ точечной сваркой привариваются маигаииновые резисторы 2, выполненные нз отрезков проволоки.
Вторые концы проволочных резисторов должны находитьгя иод каким. либо одним потекциалом относителыго земли. С этой целью ани погружаются в жидкометаллический гзллий д, заключенный в стальной сосуд 4, сиабясеипый нагренателсч б. Расплавленный жидкий галлий обеспечивает хороший контакт между маигаиинавыми соаротивленвями и корпусом сосуда, включенного в электрическую цеиь, чем и достигается равенства потенциалов й=ауз.
)82 (г=(! — зуу),. (4 2!) Используя коэффициенты ),з и )гою можно пост ои ь ру ах напряжение з некого ых ха акте (на внешнем крас электрод, б соответствующие ВАХ и наит ~ эксг рдов,иа анахит. и нанти экспериментально коэффициенты Рассмотренные вьппе соотиогпения были пол ч одномерности элекгрччсск аго поля на элект одах. Как практический интерес йрсдстав. е Ее аиаляз может быть осу б валяет неадноме ная зз а у - тематически»! либо фиуп!ествлсн либо ма Для решения рассматрявесчой задачи может бы юм.ш ироыи~а~ модели (сплаш зуются исследуемые электро ы, причем и качестве сплошной с л роды. й среды испольДля создания точной модели поля, опясываемого а Пуассона, требуется распредслени в каждой точке прозодящеч среды П редсление источников тока, п и ние источников трудна выполнимо.
Прп мо елиз ц й с еды. рактнчески такое асп рп моделировании распреде- деленным точка скретизиа ются и ш м, расположенным через равные и очеж <, этом каждую узловую точку алек промежутки, при через сопротивление, равно !/23, 8— злектромодели и исае и масть вылеченного учащка кото ая п о е, где — паве х~ о го участка, , которая пропоринональиа площади это. Рис.
48. Схема моделирующего устройства. 1 — тооливный элоыолз 2 — орололочиые резисторы; 3 — жвдкоыеталлнческнй гзллий'; б — от»львов сосуд; б — нагреватель; б — медная отруйаниз; 1 — трафарет; З вЂ” комлекс»тор, З вЂ” вольтметр; 10 — амперметр; Ы вЂ” регулируемый резистор; 12 — источник питания. Распределение потенциалов, получаемое при прохождении тока по электроду, снимается кочпепсатором постояшкзга тока, при этом один вывод прибора присоединяется к точке, прняимасмай зз нуль отсчета (например, к медной струбциие б), а другой, на конец которого укреплена игла, поочередно присоедияяется к точкам, потеяциал которых мы хопгм определить. Трафарет 7 служит для определения координат ввода источников тока (точки сварки электрода с манганииовыми резисторами) н точек язмерения йотенциалов.
В задачу моделирования входит не только пахоясденне распределения потенциалов на электроде, но и главным образом интегральной характеристики — коэффициента эффективности токосъема. С этой целью проводится градуировка амперметра таким образом, чтобы какое-либо, например предельное, значение его шкалы соответствовало коэффициенту эффективности токосъема, равному единице, а промежуточные значения шкалы — коэффициентам эффективности токосъема в соответствии с выражением )1/! (4.22) !83 те )— д — рабочий ток в цепи; ! „— предельное значение шкалы амперметра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
