1598005420-e4dffbb6ff09e4f6675580849e63fa88 (811210), страница 36
Текст из файла (страница 36)
Картины распределения потенциалов по поиерхностн электродов для разных конструкций тоиосъечпых участков представлены АЗ. РАСЧЕТ ВЛИЯНИЯ НЕРАВНОМЕРНОСТИ ФИЗИЧЕСКИХ ПОЛЕЯ )ТЕМПЕРАТУРЬ), КОНЦЕНТРАЦИИ РЕАГЕНТОВ) НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЗ 1,7 1,Ч 1Д 1,7 о,в о,'е йгив и) 2,7 г,е г,г т,в т,а 1,аив е) ы=.ет;Е саа Чаг 75Л саа ЕЕЕ ЧЗВ Чг,а л ге,а гтл ее,е ге,е е«,в 12,7 22,2 11.,'« ) 'зо,'емв л Рис. 4.5, Поле потенциалов электродов. е) и†нсм2е потенциалов ири длиие таквсъемивя ыииы, а д ! б — поле потенциалов при длине тскссъемиоа ши , и и , Равно длине электроэл . ектрсдев; е — поле всгеициллсв ири точечном твкосъеме ииы, рввив 'гэ длины на рнс.
4.5. Неравномерность поля потенцналов сильно увеличивает. ся при переходе от токосъема по всей длинной стороне токогенерирующей поверхности (рис. 4.5,а) к точечному токосъему (рис, 45,о). 284 Исследование влияния локальных неоднородностей ВАХ ТЭ н ЭХГ требует решения сложной системы па н и ываюнелипейных дифференциальных уравнений, описы щих поля температур, давлений реагентов, концентраций электролита и поля потенциалов на электродах, Речь идет о решении сопряженных задач, так как локальная плотность тока зависит от поля температур и потенциалов, которые неразрывно связаны со скоростью испарения воды пз электролита в поток парогазовой смеси, т. с. с полем концентраций в электролите и плотностьто паров в парогазовой смеси, и от видов омических потерь, которые в свою очередь являются зависящими от р от распределения плотности тока и поля темперая, но и т Далее надо найти не только эти поля, н тур.
ал определить некоторые интегральные параметр, р тервзующие работу ЭХГ в целом и связанные с конструкцпопными и режимными факторами. ю поставленной задачи известна лишь одна гш решению п с абота ",4.41, в которой разработана программа вычисраота ",,в лительной машины, определяющая .... в ВАХ ТЭ в зависимости от вышеизложенных неоднородностей. Авторы в процессе решения делят поверхность каждого электрода на ряд прямоугольных решеток, каждой из которых приписывают постоянные по всей поверхности параметры.
Предполагается, что ВАХ одного элемента деления является такой же, как и в небольшом испытуемом ТЭ при некоторых однородных условиях. Информация, касающаяся электродной поляризации, влияния температуры на поляризацию и скорость переноса воды, термические свойства охлаждающего агента, конструкция и удельные сопротивления токосъемного тракта вводятся в провычислительной машины как входные данные. грамму П и этом решается система уравнений, опись гваюп пх условия баланса токов и теплового баланса.
К ри это б н а. Кнедостаткам работы относится то, что решение проводится для одномерного движения охлаждающего агента и пе ясно, как перейти к решению задачи с неодномерным движением. В качестве результатов расчетов приведены поля распределения токов п потенциалов, однако нет обобщающих выводов, дающих конкретные представле- 185 ния о влиянии тех или иных видов неоднородности на работу ЭХГ в целом.
Для того чтобы определить интегральные параметры, характеризующие работу ЭХГ в целом и связанные с конструктивными и режимными факторами, развитый ранее подход к решению задачи о влиянии омического сопротивления распространим на решение задачи о влиянии температурного поля на ВАХ ТЭ. В качестве примера рассмотрим решение уравнения тепломассообмена для случая, когда съем теплоты с электродов осчществляется с помощью протока электролита. Задача решается в предположении, что вся образующаяся в результате реакции вода испаряется и температура электрода практически не отличается от температуры электролита.
Кроме того, принимается, что разность потенпиалов на поверхности электродов не меняется, т. е. плотность тока зависит только от температуры. Уравнение, описывающее изменение температуры электролита при его двнженни, с учетом принятых предположений и уравнения и Я Т=а (Т)! )гйе где ьь — источник, зависящий от Т; з — направление вдоль линий тока; Ю' — коэффициент, обеспечивающий размерность уравнения, будет иметь вид изцТ=)П~ — ") — * ~ —, (4.23) где У,' — локаяьная плотность тока; г" — число Фарадея' тн о —.
9; П вЂ” разность потенциалов между электродами т! — КПД; г — теплота парообразования; с„ — теплоемкость электролита. Аппроксимируем зависимость плотности тока от температуры следующим выражением: !=А еьт, (4 24) где А и Ь определяются из экспериментальных данных, Проинтегрируем выражение (4.23) с учетом (4.24) Здесь Т=Т!Тгь Ть — температура электролита на входе. е ат (4.25) Подставляя выражение для поля температур в (4.24) и интегрируя по площади электродов 5 определим ток: ! — '~ 7ь)5= —.. А Х вЂ”, ! ".*,)7 е е..е сБ. ьгеиь '!У ~ у д5 нь С учетом (4,26) и (4.27) получим следуьошую формулу для определения коэффициента неравномерности условий токообразования: !4 26) Для количественной оценки генеРации ии тока в зависи- мости от неравномерности температурного поля введем коэффициент неравномерности условий токообразования, ха актеризуюшнй в данном случае влияние неравномер- х ности поля температур на выходные р р ха акте котики ТЭ как отношение полного тока, получае.
мого в еальном , ожет быть еали- канале, к идеальному 7„ь который м зован прн той же площади электродов в канале с рав- номерным температурным полем при п и некото ой оптир мальной температуре, (4.25) !88 ! т =-)п ьтеьм~о(- ~) „' ~, и ~/ К вЂ” ек!,Ч! ! — е 5 (4.28) Коэффи нент ! является функцией геометрическои формы канала, отношения компонент тснзора прон ц э иц !87 мости )/ /г„Уг„пористой среды, расхода и раВномерности раздачи хладоагента и мощности ТЭ, Таким образом„анализ решений некоторых упрощенных задач о влиянии омпческого сопротивления и неравномерности температурного поля на ВАХ ТЭ позволил ввести интегральный параметр — коэффициент неравномерности условий токообразования, благодаря чему стало возможным сравнивать различные конструктивные решения, выбирать наиболее оптимальные нз ннх и, внося соответствующие коррективы, повышать выходные параметры ТЭ.
Однако все вышеизложенные методы оценки основаны на допущениях одномерности температурных и потенциальных полей и при условии постоянства одного нз нпх. Для более точной оценки влияния неравномерности условий токообразования и возможности строгой п более полной оптимизации конструкции и условий эксплуатации ТЭ необходимо найти решение двухмерной задачи, учггтываюшей одновременное влияние как температурного поля, так и поля потенциалов. Для решения этой сложной задачи развивается прнблигкенный полуэмппрпческий метод, основанный на том, что наряду с краевыми условиями в описываемой системе входными данными являются наборы заранее определенных теоретически или экспериментально локальных ВАХ в зависимости от различных параметров— температуры, давления, концентрации и т.
д. Для решения поставленных задач используется физическое моделирование. При этом могут использоваться не одна, а несколько физических моделей, так что выходные данные одной из них являются входными данными другой, В какой-то мере этот подход отвечает упоминавшейся выше взаимосвязи рассматриваемых явлений и, как показывают специальные эксперименты, достаточно близко отражает реальную картину. Взаимосвязь различных моделей осуществляется следующим образом: предполагая однородным поле потенциалов на поверхности электродов, можно определить поле температур и парциальных давлений парогазовой смеси, например методом моделирования на гидравлическом стенде.
Затем, приняв полученное распределение за исходное н зная вид зависимости локальных ВАХ для различных значений этих факторов 8=1(1) и з= 188 =)(р) и т. д., можно найти поле потенциалов для урапнения Пуассона вида —,",',е., + — '„';-=,) (х, у, и) (4.29) со следующими граничными условиями. О' — Ы ) (х, У, и)= — з( --) (4.30) для области, где генерируется ток, и ) (х, у, (1) =0 для области, где не генерируется ток. 'т — '9а дэ, .
Йуз а (4.31) (4.32) (4.33) ""Т; а Ут Я .~Э '. ; ' (4.34) у л уу Условия на границе токообразующгвй поверхности электрода с рамкой р,=и, и р.=о (4,35) — условия на внешней границе рамки в месте присоединения токовыводяших проводов, соединяющих рамку с борнами для катода и анода. По всему остальному периметру — ~ — = — д =О. ' (4,36) ух уу Для решения данной задачи можно воспользоваться методом комбинированного моделирования, описанным в предыдущем параграфе. Для этого к узловым точкам электрода нужно присоединить переменные сопротивле- ния Я (х, у) = , ' „.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
