| Материалы по теме выпускной работы: | Главная страница | Автобиография | Реферат | Библиотека | Ссылки | Хобби | Мои работы |
Email: olenka342@mail.ru
Традиционные этапы получения электрической энергии являются далеко не оптимальными, когда в их число включается процесс горения горючего, получение водяного пара заданных параметров, получение механической энергии в турбине, а затем ее превращение в электрогенераторе. Современное общество постоянно обращает внимание на предотвращение загрязнения окружающей среды как химически вредными отходами, так и тепловыми выбросами. Тепловые электростанции, промышленность и автомобильное хозяйство являются основными источниками загрязнений.
Прямое получение электроэнергии происходит в топливном элементе (ТЭ). Это химические источники тока. Они осуществляют прямое превращение химической энергии горючего в электричество, минуя малоэффективный, идущий с большими потерями, процесс горения. Это электрохимическое устройство, в котором в результате высокоэффективного «холодного» горения горючего непосредственно вырабатывается электроэнергия.
В ТЭ энергия окислительно-восстановительной реакции преобразуется в электрическую, при этом процессы окисления и восстановления пространственно разделены электролитом. Вещество электрода и электролита в реакции не участвуют, но со временем загрязняются примесями горючего. Процессы в ТЭ идут при невысоких температурах и практически без потерь.
Особый интерес представляет ТЭ, в котором горючим является каменный уголь, а окислителем - кислород воздуха. В металлическую емкость, заполненную расплавленным (NaOH), помещается подготовленный уголь. Он удерживается в электролите проволочной решеткой, на которой накапливается отрицательный заряд. Электролит, вместе с корпусом генератора, заряжается положительно.
При этом окислитель непосредственно не контактирует с поверхностью угля во избежание возгорания, а необходимый контакт осуществляется через ионопроводящий электролит, к которому воздух подается непрерывно. Происходит ионизация атомов горючего и окислителя и на электродах возникает ЭДС. В этом случае запасенная энергия угля превращается и в тепло, и в электричество.
Электролит, сосуд и уголь должны находится при равномерной температуре. Это достигается при барботаже воздуха в электролит. Такое перемешивание помогает удалить продукты реакции с поверхности угля, тем самым открывая поверхность для воздействия кислорода из электролита.
В этом процессе уголь постепенно превращается в углекислый газ, часть которого соединяется с гидроксидом натрия и образует его карбонат, который, вместе с золой, постепенно загрязняет электролит, со временем снижая его эффективность. Моделирование химических процессов проводилась анализом квазиравновестного состава при протекании химических реакций низкотемпературной ионизации в термодинамическом приближении.
В общем виде процесс описывается таким уравнением:
- количество компонента в системе в определенный момент времени.
Кислород переходит в ионную форму на катоде по формуле
O 2 + 4e - =2O 2-
При этом кислород взаимодействует с углем, образуя СО 2 в соответствии с реакциейC + O 2 = CO 2
Побочная реакция, о которой говорилось выше, выглядит таким образом2 NaOH + CO 2 = Na 2 CO 3 + H 2 O
В сокращенном ионном виде получяем такое ионообразование2OH - + CO 2 = CO 3 2- +H 2 O
Всего в ТЭ протекает m реакций. Закон действующих масс дает n уравнений материального баланса. Остальные m-n уравнений, необходимых для определения неизвестных, можем получить из закона действующих масс в виде уравнения равновесия. Полученную систему нелинейных уравнений решаем итерационным методом Ньютона-Рафсона. Для этого представим каждое уравнение системы уравнений в видеF(x)=0
При этом решение будем искать по соотношениюx n+1 = x n - F(x n ) / F'(x n )
Необходимо отметить, что для решения в соответствии с данным методом, необходимо выполнение условий сходимости. Они имеют такой вид:1. Начальное значение x 0 должно быть выбрано достаточно близко к корню уравнения F(x) = 0 ;
2. Производная F'(x) не сильно близка к нулю.
Проведенные исследования дают возможность более детально спланировать дальнейшее проведение экспериментов по выбору необходимых компонентов ТЭ. Подобрать наиболее эффективную пару электродов, изучить условия протекания процессов, получить конкурентоспособное устройство для прямого получения электричества, спрогнозировать его технико – экономические показатели и заданные параметры.
| 1. | Форсайт Дж. Машинные методы математических вычислений 1980. |
| 2. | Термодинамические свойства индивидуальных веществ в 2 т./под ред. Глушко В.П. - М.:Наука, 1965 г. - 978с |
| 3. | Термодинамические и теплофизические свойства продуктов сгорания в 10 т./ под ред.Глушко В.П. - М.:1971 г. - т 1, 278с |
| 4. | Справочник по расчетам равновесий металлургических печей - М.: 1963г - 365с |
| 5. | На Цунг-Йен Вычислительные методы решения прикладных граничных задач 1982 |