Моделирование комбинированных энергоустановок на основе авиационного ГТД и топливных элементов в компьютерной среде

• Автор: Лоскутников, Александр Александрович
• Шифр специальности: 05.07.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 154 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ОБОЗНАЧЕНИЯ, ИНДЕКСЫ И СОКРАЩЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИЗ СПОСОБОВ КОНВЕРТИРОВАНИЯ 16 АВИАЦИОННЫХ ГТД ДЛЯ НАЗЕМНОГО ПРИМЕНЕНИЯ

1.1 Применение авиационных ГТД в наземных установках

1.2 Повышение эффективности ГТУ, созданных на базе 19 конвертированных авиационных ГТД

1.3 Повышение эффективности использования теплоты топлива

1.4 Повышение эффективности ГТУ применением топливных 24 элементов

1.4.1 Схема КЭУ, в которой ТЭ замещает камеру сгорания ГТУ

1.4.2 КЭУ на основе ГТУ и ТЭ с внутренней конверсией

природного газа, работающая при атмосферном давлении
1.4.3 КЭУ на основе ТЭ, работающих на продуктах газификации
углей (мощностью до 300 МВт и более)
1.5 ГТУ, применяемые совместно с имеющимися ТЭ
1.6 Современное состояние работ по созданию и применению ТЭ
1.7 Анализ существующих программных комплексов для 36 моделирования ГТД и ЭУ
1.8 Постановка задачи исследования
2 ОСНОВНЫЕ ПРОЦЕССЫ, ПРОИСХОДЯЩИЕ В 40 ТОПЛИВНОМ ЭЛЕМЕНТЕ. ВЫБОР ТИПА ТОПЛИВНОГО ЭЛЕМЕНТА ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В КЭУ НА БАЗЕ ГТУ
2.1 Физико-химические основы процессов в ТЭ
2.2 Электрохимические процессы в ТЭ
2.3 Выбор и обоснование применения ТЭ в составе КЭУ
2.4 Пароводяная конверсия

2.5 Электрохимический генератор и электрохимическая 57 энергоустановка
2.6 Критерии оценки эффективности ТЭ
Выводы по главе
3 РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ 68 ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ТВЕРДООКСИДНЫХ ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗОБС
3.1 Краткая характеристика системы моделирования ИУЮууТ
3.2 Математическая модель ТОТЭ
3.3 Структура модуля БОРС с учетом интерфейса ОУЮуТ
3.4 Описание модуля БОБС
3.4.1 Функциональное назначение и метод расчета 81 ~
3.4.2 Информационная модель
3.4.3 Методика расчета
3.4.4 Выходные параметры
3.5 Методика моделирования ТОТЭ и ЭХГ на их базе
3.6 Оценка работоспособности и адекватности модуля БОРС
Выводы по главе
4 ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПОВЫШЕНИЯ 103 ЭФФЕКТИВНОСТИ ГТЭ-10/95 ПРИ СОВМЕСТНОЙ РАБОТЕ
С ТОТЭ
4.1 Разработка математической модели газотурбинной 103 энергоустановки ГТЭ-10/95 ’’Шакша”
4.1.1 Исследование адекватности математической модели
ГТЭ-10/
4.2 Исследование эффективности автономного ЭХГ на базе ТОТЭ
4.3 Исследование повышения эффективности ГТЭ-10/95 за счет
включения в схему КЭУ ЭХГ на ТОТЭ, работающего на отборе воздуха за КНД
4.4 Исследование возможности повышения эффективности ГТЭ-

10/95 заменой ОКС на ЭХГ, состоящий из ТОТЭ
4.5 Исследование эффективности КЭУ на базе каскада НД ГТЭ- 120 10/95 и ЭХГ, питающегося 3 атм. воздухом
4.6 Анализ результатов расчетных исследований
4.7 Анализ результатов исследований дроссельных характеристик
Выводы по главе
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ А.
Таблица А.1 Параметры существующих ГТУ малой мощности
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. СВИДЕТЕЛЬСТВО ОБ ОФИЦИАЛЬНОЙ
РЕГИСТРАЦИИ ПРОГРАММ НА ЭВМ ПРИЛОЖЕНИЕ В. АКТЫ ВНЕДРЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ
ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

отладки режимов работы и внедрению инновацией; в созданные “в металле” образцы ТЭ. Созданы КЭУ на базе ТЭ и отдельные ТЭ (например, мощностью 04-1 кВт), которые затем подверглись доводке для широкомасштабного применения в энергетике. В последние годы увенчались успешными испытаниями ЭУ мощностью 1- 2,5 кВт. В основе Сэатарей лежат ТЭ с несущим электролитом трубчатой конструкции. Распределенный токосъем с анода и катода в виде засыпки позволил уменьшить. внутреннее сопротивление элементов и достичь удельной мощности единичного элемента 400 мВт/см2, а в
составе энергосистемы получено около 170 мВт/см2.
В ФГУП ”ЦИАМ им. П.И. Баранова” проблемой ТЭ, применением ТЭ в авиационной промышленности (в том числе и на борту летательных аппаратов) занимаются А. В. Байков, С. И. Мартыненко в рамках отдела 009 под руководством Л: С. Яновского. Рассматриваются вопросы термохимической регенерации тепловой энергии топлива за счет конверсии топлива в синтез — газ (смесь окиси углерода и водорода). Для предотвращения большого избытка одного из компонентов конверсии, создаются новые пористые мембраннокаталитических системы, в которых внутрь микроканалов, помещают вещества, выполняющие роль катализаторов. Осуществление химических реакций в микроканалах создает ряд преимуществ, в частности стехиометрическое соотношение продуктов реакции. Также рассматриваются вопросы применения легкополучаемого биогаза из биомассы в качестве топлива для ТЭ [41].
Исследованием различных схем КЭУ на базе ТЭ и их оптимизацией, усовершенствованием их параметров, а также ЭУ с газификацией угля занимается также коллектив ОАО “Теплотехнического научно-исследовательского института” (Д.Г. Григорук, А. В. Туркин [19]).
В Институте электрофизики УрО РАН (г. Екатеринбург) с 1960-х годов коллектив занимался разработкой твердых электролитов для ТЭ, а с начала 70-х годов разработкой макетов ЭХГ. В 1989 году под руководством Липилина А. С. создан, ЭХГ мощностью 1 кВт. Также рассматриваются вопросы применения ТОТЭ в распределенной и мобильной энергетике £24-, 62].