Отзыв ведущей организации (Расчетно-теоретическое исследование процессов переноса в твердооксидном топливном элементе)

Утверждаю 3аместител работе НИЦ «КурчЬо Б.Б. Чайвано « 1'" » ~~~~ "'.~~~ ОТЗЫВ ведущей организации на диссертационную работу Касиловой Екатерины Валерьевны "Расчетно-теоретическое исследование процессов переноса в твердооксидном топливном элементе", представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 01.04.14— "Теплофизика и теоретическая теплотехника" Диссертационная работа посвящена актуальной и важной теме— топливным элементам с твердооксидным электролитом (ТОТЭ). Проводимость электролита по ионам кислорода в сочетании с высокой рабочей температурой дает возможность использовать в таких топливных элементах углеводородное топливо, включая природный газ, биогаз и продукты газификации угля.

Существующие на сегодняшний день батареи ТОТЭ обладают электрическим КПД 40-60 % в диапазоне мощностей от сотен Вт (на практике) до десятков МВт 1в проектах). Использование тепла, выделяющегося при работе ТОТЭ, в тепловой машине увеличивает электрический КПД гибридной энергоустановки на 10-15%, что весьма перспективно для различных областей энергетики и промышленности. В работе проведено расчетно-теоретическое исследование процессов тепломассопереноса и гидродинамики в ТОТЭ с целью установления некоторых закономерностей этих процессов и выявления качественной взаимосвязи между выбранными автором вариантами конструкций ТОТЭ и его рабочими характеристиками.

Данная область исследования полностью соответствует специальности 01.04.14 — "Теплофизика и теоретическая теплотехника". Основное внимание в работе уделено разработке физически обоснованных моделей для определения рабочих характеристик ТОТЭ в широком диапазоне эксплуатационных и конструктивных параметров. Работа состоит из 4-х глав. В гл.1 автор описывает состояние разработок ТОТЭ и методы их моделирования. В гл.2 автор описывает массоперенос в пористых электродах ТОТЭ. В гл.З рассматривается гидродинамика и массоперенос в газовых каналах ТОТЭ.

В гл.4 автором рассматривается задача сопряженного массопереноса в ТОТЭ П е ставляютп актический инте ес полученные автором: 1) расчетные формулы для распределения концентраций компонентов топливной смеси в аноде; 2) критерий, определяющий режим массопереноса в топливном канале ТОТЭ; 3) аналитические формулы для распределения концентраций и гидродинамической скорости вдоль топливного канала; 4) метод расчета распределения тока вдоль ТОТЭ и вольт-амперной характеристики элемента проточной конструкции; 5) качественные закономерности для влияния микроструктуры и конструктивных параметров ТОТЭ на вольт-амперную характеристику элемента.

Значимость ля на ки ез льтатов иссле оваций заключается в том, что теоретические и расчетные методы теплофизики были применены к анализу процессов переноса в ТОТЭ и их влиянию на электрохимические характеристики элемента, На основе анализа фундаментальных закономерностей процессов в ТОТЭ были получены качественные зависимости и расчетные формулы для широкого диапазона конструктивных и эксплуатационных параметров элемента.

П актическое значение ез льтатов аботы определяется тем, что они могут быть использованы при инженерных расчетах опытно- промышленных конструкций ТОТЭ. Оптимизация рабочего режима и конструкции ТОТЭ, направленная на уменьшение градиентов электрических и термодинамических параметров является актуальной задачей, решение которой невозможно без изучения особенностей процессов переноса в элементе. Полученные в работе аналитические зависимости позволяют значительно упростить параметрические расчеты для распределения скорости, температуры, концентраций и плотности тока по сравнению с использованием численных методов.

Учет влияния массообмена на электрохимические характеристики элемента позволяет уточнить результат при расчете тепловых схем энергетических установок на основе ТОТЭ и выборе их оптимальных эксплуатационных параметров. Рекомен а ии по использованию ез льтатов и выво ов диссертации Полученные модели показывают качественные закономерности процессов переноса в ТОТЭ и могут быть использованы при конструировании элементной базы и выборе оптимальных эксплуатационных параметров ТОТЭ. Считаем целесообразным рекомендовать оформление разработанных моделей и методов расчета ТОТЭ в виде программных кодов.

Это позволило бы получить удобный инструмент как для оптимизации конструкции единичных элементов, так и для интегральных расчетов тепловых схем установок на основе ТОТЭ. Представляется интересным дальнейшее развитие предложенного расчетно-теоретического подхода к анализу процессов в сборках и батареях ТОТЭ для расчета температурного и концентрационного полей и оценки термических напряжений. Об ие замечания к яссе та ионной аботе 1. В главе 2 автор использует термин «градиент давления», в то время, как в электрохимии используется более соответствующий рассматриваемым явлениям термин «градиент парциального давления компонента».

2. На рис. 3.1б показана степень утилизации Н2, большая единицы, что вызывает некоторое недоумение. 3. При рассмотрении существующих моделей ТОТЭ автор упоминает работы Н.В.Коровина только в отношении единичных элементов, в то время, как Коровиным и сотрудниками выполнен большой объем работ по моделированию распределенных процессов в полноразмерных аппаратах: высокотемпературных топливных элементах, электролизерах и конверторах. Не рассмотрены автором и фундаментальные работы сотрудников Института высокотемпературной электрохимии УО РАН (г. Екатеринбург) в области массопереноса в пористых электродах.

4. В гл.4 автор не дает определения сопряженного массопереноса. Хотя и понятно, что «сопрягается» массоперенос с электрохимическим процессом, но с точки зрения приоритетности, наверно, было бы правильнее писать об электрохимическом процессе, сопряженном с массопереносом. Заключение Диссертация представляет собой завершенную научноисследовательскую работу, в которой на основании выполненных автором теоретических и расчетных исследований разработаны математические модели переноса реагентов в аноде, топливном канале и сборке ТОТЭ.

Полученные модели показывают качественные закономерности процессов переноса в ТОТЭ и могут быть использованы при конструировании элементной базы и выборе оптимальных эксплуатационных параметров ТОТЭ. Автор продемонстрировал хорошее владение современными методами расчета процессов тепломассопереноса и удачно применил их к области твердооксидных топливных элементов. Автореферат и опубликованные работы достаточно полно и точно отражают основное содержание диссертации.

Работа отвечает требованиям "Положения о порядке присуждения ученых степеней", предъявляемым ВАК России к кандидатским диссертациям, а ее автор заслуживает присуждения ученой степени кандидата технических наук по специальности 01.04.14 — "Теплофизика и теоретическая теплотехника". Работа была рассмотрена на заседании семинара отдела электрохимической физики ККФХТ, отзыв утвержден на заседании Бюро НТС ККФХТ и ККПБ НИЦ "Курчатовский институт" 31 марта 2015 года, Протокол № 3. Начальник отдела электрохимической физики, к.х.н.

В.П. Пахомов Начальник лаборатории проектирования высокотемпературных электрохимических устройств, -у' к.т.н. Г.Н. Волощенко дата 08.04.2015 Адрес организации: Россия, 123098, Москва, пл. Академика Курчатова, 1 адрес сайта 1тйр://ванч.пгсЫ.гп/ тел. +7 (499) 196-95-39 егпа11: пгсЫ®пгсЫ.ги .