primer vypolneniia tr var 8

Московский Энергетический Институт

(технический университет)

Кафедра Химии и Электрохимической Энергетики

Типовой расчет по курсу:

«Электрохимическая и водородная энергетика»

Группа:
Студент:
Вариант:	8
Преподаватель:
Работу сдал:

МОСКВА 2006

1. Получение полиномов:

Аппроксимация функции U по I и T и получение полиномов

U - напряжение ячейки электролизера, В

I - плотность тока (А/см2); Т - температура, С

Многомерная нелинейная регрессия

Ввод степени приближающего полинома

Число точек данных:

Число координат:

Полученная регрессионная зависимость:

Коэффициенты уравнения регрессии y=a0+a1*x1+....+an*xn

Построение графика остатков:

Исходные значения Y:

Математическое ожидание Y:

M - ресурс электролизера, год

I - плотность тока (А/см2); Т - температура, С

Многомерная нелинейная регрессия

Ввод степени приближающего полинома

Число точек данных:

Число координат:

Полученная регрессионная зависимость:

Коэффициенты уравнения регрессии y=b0+b1*x1+....+bn*xn

Построение графика остатков:

Исходные значения Y:

Математическое ожидание Y:

2. Проведение оптимизации:

Оптимизация эксплуатационных параметров (T,I) электролизной

ячейки

Используя в качестве критерия оптимизации приведенные затраты на производство

1 м3 Н2, найти оптимальные значения эксплуатационных параметров: плотности тока

(I), напряжения (U) и температуры (T). Цель оптимизации найти такие значения

эксплуатационных параметров, при которых значение приведенных затрат будет минимальным.

Kp - приведенные затраты

K - удельные капзатраты

Q - годовое производство водорода на метр электролизной поверхности

E - эффективность капвложений

BT - выход по току

F - фарадеевский коэффициент

Beta - стоимость сырья

Alfa - отчисления на зарплату и общезаводские расходы

Зададим область локального минимума

Найдем локальный минимум в заданной области

В результате проведенной оптимизации получились следующие значения:

руб/нм³ Н₂ – минимальное значение приведенных затрат

А/см² – оптимальное значение тока

град – оптимальное значение температуры

В – оптимальное значение напряжения

3. Материальный расчет батареи:

А/см²

В

К

м³/ч

F = 2390 А·ч/м³

Вт·ч/м³

Вт

Задаемся количеством ячеек n = 200 и для этого количества методом последовательного приближения рассчитаем габариты электролизера.

А

Тогда общая поверхность м²

м

м

м

4. Тепловой расчет батареи:

Рассчитаем количество теплоты, выделившееся на электролизере.

Вт

К

К^-1

Параметры воздуха и воды:

м²/с

К^-1

м²/с

м/с²

Вт/м·К

Вт/м·К

Вт/м²·К

Вт/м²·К

Коэффициент теплопередачи: Вт/м·К

м

м²

Вт/м²·К

Вт

следовательно необходим теплообменник. Выберем рекуперативный кожухотрубный теплообменник:

Трубы диаметром м и толщиной м

Критерий Рейнольдса движения охлаждаемой воды:

Для турбулентного движения:

Вт/м²·К

Критерий Рейнольдса движения охлаждающей воды:

м²/с

Вт/м·К

Вт/м²·К

Вт/м²·К

К

К

К

Теплоемкость воды: Вт/кг·К

Поверхность теплообмена: м²

К

Расход питательной воды: кг/сек

кг/м³

м³/сек

5. Гидравлический расчет батареи:

Для гидравлического расчета тракт батареи разбивается на 11 участков.

- потери на входе в коллектор и каналы соответственно;

- потери по длине;

- потери на выходе из коллектора и каналов соответственно.

Принимаем анодную схему подачи воды, как наиболее рациональную.

м – диаметр раздающего коллектора

м – диаметр канала

м – длина канала

Коэффициенты местного сопротивления:

входа:

выхода:

Коэффициент гидравлического сопротивления:

Па

Па

Па

Па

Па

Расчет Гофра в анодной камере:

м

=>

Количество каналов:

Объемный расход воды через канал: м³/сек

Объемный расход газа через канал: м³/сек

Па

Па

Па

Па

Па

Па

Суммарные гидравлическе потери составят:

= 125,022·10³ Па