EFFECT SIGNIFICANCE ASSESSMENT OF THE THERMODYNAMICAL FACTORS ON THE SOLID OXIDE FUEL CELL OPERATION

Technologies of direct conversion of the fuel energy into electrical power are an upcoming trend in power economy. Over the last decades a number of countries have created industrial prototypes of power plants on fuel elements (cells), while fuel cells themselves became a commercial product on the world energy market. High electrical efficiency of the fuel cells allows predictting their further spread as part of hybrid installations jointly with gas and steam turbines which specifically enables achieving the electrical efficiency greater than 70 %. Nevertheless, investigations in the area of increasing efficiency and reliability of the fuel cells continue. Inter alia, research into the effects of oxidizing reaction thermodynamic parameters, fuel composition and oxidation reaction products on effectiveness of the solid oxide fuel cells (SOFC) is of specific scientific interest. The article presents a concise analysis of the fuel type effects on the SOFC efficiency. Based on the open publications experimental data and the data of numerical model studies, the authors adduce results of the statistical analysis of the SOFC thermodynamic parameters effect on the effectiveness of its functioning as well as of the reciprocative factors of these parameters and gas composition at the inlet and at the outlet of the cell. The presented diagrams reflect dimension of the indicated parameters on the SOFC operation effectiveness. The significance levels of the above listed factors are ascertained. Statistical analysis of the effects of the SOFC functionning process thermodynamical, consumption and concentration parameters demonstrates quintessential influence of the reciprocative factors (temperature – flow-rate and pressure – flow-rate) and the nitrogen N2 and oxygen O2 concentrations on the operation efficiency in the researched range of its functioning. These are the parameters to be considered on a first-priority basis while developing mathematical models for optimizing the solid oxide fuel cells operating modes

Использование термодинамической активности для оптимизации энергозатрат по процессу плавки в дуговой сталеплавильной печи

The equilibrium between carbon and oxygen has been investigated during oxidizing refining in an arc steel-melting furnace. It is shown that there is a possibility to apply an equilibrium thermodynamic. It has been established that during oxidizing refining FeO concentration in slag practically does not depend on C concentration in metal. It is demonstrated that in a number of cases metal carbon oxidation is characterized by the presence of a transit period that may be attributed to incomplete slag-formation process.Изучено равновесие между углеродом и кислородом в период окислительного рафинирования в ДСП. Показана возможность применения равновесной термодинамики. Установлено, что во время окислительного рафинирования концентрация FeO в шлаке практически не зависит от концентрации С в металле. Показано, что окисление углерода металла в ряде случаев характеризуется наличием инерционного периода, что может быть связано с незавершившимся процессом шлакообразования

ТРЕХМЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ДВИЖУЩЕГОСЯ СЛИТКА ПРИ ИЗМЕНЕНИИ ГРАНИЧНЫХ УСЛОВИЙ ПО ТЕМПЕРАТУРЕ

The three-dimensional mathematical model for numerical modeling of stressed and deformed state of ingots that move with a constant speed in a furnace with step heating and given number of temperature zones is proposed in the paper. The paper presents results of computer calculations pertaining to temperature stresses of an ingot that moves with a constant speed in furnaces with six temperature zones.Предложена трехмерная математическая модель для численного моделирования напряженно-деформированного состояния слитков, движущихся с постоянной скоростью в печах со ступенчатым нагревом и заданным количеством температурных зон. Представлены результаты вычислительных экспериментов по расчету температурных напряжений для слитка, движущегося с постоянной скоростью в печах с шестью температурными зонами.

ОЦЕНКА ЗНАЧИМОСТИ ВЛИЯНИЯ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАБОТЫ ТВЕРДООКСИДНЫХ ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Technologies of direct conversion of the fuel energy into electrical power are an upcoming trend in power economy. Over the last decades a number of countries have created industrial prototypes of power plants on fuel elements (cells), while fuel cells themselves became a commercial product on the world energy market. High electrical efficiency of the fuel cells allows predictting their further spread as part of hybrid installations jointly with gas and steam turbines which specifically enables achieving the electrical efficiency greater than 70 %. Nevertheless, investigations in the area of increasing efficiency and reliability of the fuel cells continue. Inter alia, research into the effects of oxidizing reaction thermodynamic parameters, fuel composition and oxidation reaction products on effectiveness of the solid oxide fuel cells (SOFC) is of specific scientific interest. The article presents a concise analysis of the fuel type effects on the SOFC efficiency. Based on the open publications experimental data and the data of numerical model studies, the authors adduce results of the statistical analysis of the SOFC thermodynamic parameters effect on the effectiveness of its functioning as well as of the reciprocative factors of these parameters and gas composition at the inlet and at the outlet of the cell. The presented diagrams reflect dimension of the indicated parameters on the SOFC operation effectiveness. The significance levels of the above listed factors are ascertained. Statistical analysis of the effects of the SOFC functionning process thermodynamical, consumption and concentration parameters demonstrates quintessential influence of the reciprocative factors (temperature – flow-rate and pressure – flow-rate) and the nitrogen N2 and oxygen O2 concentrations on the operation efficiency in the researched range of its functioning. These are the parameters to be considered on a first-priority basis while developing mathematical models for optimizing the solid oxide fuel cells operating modes. Технологии прямого преобразования энергии топлива в электрическую энергию являются перспективным направлением в энергетике. В последние десятилетия в ряде стран созданы промышленные образцы электростанций на топливных элементах (ячейках), а сами топливные элементы стали коммерческим изделием на мировом энергетическом рынке. Высокий электрический КПД топливных ячеек позволяет говорить о дальнейшем их распространении в составе гибридных установок совместно с газои паротурбинными установками, что дает возможность достигать электрического КПД более 70 %. Тем не менее исследования в области повышения эффективности и надежности топливных элементов продолжаются. В частности, научный интерес представляет изучение влияния на эффективность работы твердооксидных топливных элементов термодинамических параметров реакции окисления, состава топлива и продуктов реакции окисления. В статье выполнен краткий анализ влияния вида топлива на эффективность работы твердооксидных топливных элементов. На основе имеющихся в открытой печати экспериментальных данных и данных численного моделирования представлены результаты статистического анализа влияния термодинамических параметров твердооксидного топливного элемента на эффективность его функционирования, а также факторов взаимодействия этих параметров и состава газов на входе в элемент и выходе из него. Приведены диаграммы, которые отражают степень влияния указанных параметров на эффективность работы твердооксидных топливных элементов, определены степени значимости вышеперечисленных факторов. Статистический анализ влияния термодинамических, расходных и концентрационных параметров процесса функционирования твердооксидных топливных элементов показал, что наиболее существенное влияние на эффективность работы элемента в исследованной области оказывают факторы взаимодействия (температура – расход и давление – расход) и концентрации азота N2 и кислорода O2. Именно эти параметры должны в первую очередь учитываться в математических моделях, разрабатываемых для оптимизации режимов работы твердооксидных топливных элементов.

Компьютерная система «ПроДСП-1.0» для оптимизации технологии плавки в дуговых печах

The model for slag smelting regime has been developed. This model makes it possible to calculate phosphorus distribution according to slag composition, initial content of phosphorus in metal, temperature and time of lime efficiency. The model can be used for optimization of quantity and composition of slag , decrease of lime consumption and optimization of slag regime.Разработана модель шлакового режима плавки. Модель позволяет рассчитывать распределение фосфора в зависимости от состава шлака, начального уровня фосфора в металле, температуры и времени отдачи извести. Модель может быть использована для оптимизации количества и состава шлака, снижения расхода извести и оптимизации шлакового режима

Использование неявной численной схемы трехмерного уравнения теплопроводности в задачах оптимизации термической обработки

A mathematical model and a program for determination of temperature field dynamics in industrial-scale blanks of unspecified and three-dimensional configuration at thermal treatment according to preset mode are presented in the paper. The paper contains computer-based calculations of temperature field dynamics for a number of blanks at various thermal treatment modes.Предложены математическая модель и программа для определения динамики температурного поля в промышленных заготовках произвольной пространственной конфигурации при термической обработке по заданному режиму. Представлены результаты компьютерных расчетов динамики температурного поля для группы заготовок при различных режимах термообработк

О точности методов численного моделирования процессов нагрева и охлаждения объектов, используемых в задачах оптимизации расходования энергоресурсов

A numerical analysis of the temperature field which is cooled according to analytical and numerical schemes is given in the paper. The paper shows that an implicit scheme is closer to an analytical solution.Проведен численный анализ температурного поля, охлаждающегося по аналитическим и численным схемам. Показано, что неявная схема наиболее близка к аналитическому решению

О возможном строении поверхностных ассоциатов в расплавленных шлаках состава CaO-SiO2-CaF2

A section area of silicon and oxygen complexes adsorbed at the boundary of “slag-gas” separation has been calculated in accordance with the concentration dependence of surface tension in molten slags. An assumption on their structure has been made and substantiated. It has been shown that nature of the adsorbed complexes is found to be the same if a slag basicity is more than 1.По концентрационным зависимостям поверхностного натяжения расплавленных шлаков рассчитана площадь сечения адсорбированньк на границе раздела «шлак - газ» кремнекислородных комплексов. Сделано и обосновано предположение об их строении. Показано, что при основности шлака 1 и выше природа адсорбированных комплексов не изменяется

Клеточно-автоматное моделирование влияния скорости разливки на рост твердой фазы круглого слитка внутри кристаллизатора

The method of calculation and results of computer dynamics modeling of solid ingot skin in a crystallizer are presented in the paper. The paper shows influence of ingot drawing rate on dynamics of solid ingot skin growth in the continuous casting machine at steel grades used at Republic Unitary Enterprise «Belarussian Metallurgical Works» (BMZ).Представлены метод расчета и результаты компьютерного моделирования динамики твердой корки слитка в кристаллизаторе. Показано влияние скорости вытяжки слитка на динамику роста твердой корки в машине непрерывного литья заготовок на сталях, используемых на РУП «БМЗ»