Расчётное исследование эффективности системы охлаждения топливного элемента
https://doi.org/10.51187/0135-3152-2024-3-47-56
Аннотация
Введение (постановка задачи и актуальность). Актуальность работы обусловлена особенностью эксплуатации низкотемпературных водородных топливных элементов (ТЭ) с протонообменной мембраной. Рабочая температура таких силовых установок ниже, чем у двигателя
внутреннего сгорания, максимальная температура охлаждающей жидкости (ОЖ) рассматриваемого ТЭ составляет 80°С. Для обеспечения такой рабочей температуры радиаторы системы охлаждения должны иметь большую площадь теплоотвода, габаритные размеры и вес. Оценка эффективности систем охлаждения ТЭ позволяет создавать конструкции с более рациональными параметрами.
Цель исследования – определение мощности рассеивания тепла жидкостного радиатора охлаждения в различных условиях работы ТЭ.
Методология и методы. В ходе выполнения работы была разработана имитационная модель системы охлаждения ТЭ для определения гидравлического сопротивления и расхода ОЖ. Далее была создана конечно-элементная модель участка радиатора, с помощью которой был проведён расчёт мощности рассеивания тепла для двух условий работы ТЭ.
Результаты и научная новизна. В результате расчёта были получены значения мощности теплоотвода системы охлаждения ТЭ при температуре окружающей среды 20 и 30°С.
Практическая значимость. Результаты исследования помогут в понимании выбора параметров системы охлаждения для энергетических установок на базе ТЭ.
Ключевые слова
Об авторах
Д. О. Бутарович
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)»
Россия
Россия
Бутарович Дмитрий Олегович – канд. техн. наук, доцент кафедры СМ10 «Колёсные машины», инжиниринговый центр им. А.А. Липгарта
г. Москва 105005
М. А. Соловьёв
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)»
Россия
Россия
Соловьёв Михаил Алексеевич – инженер-конструктор, кафедра СМ10 «Колёсные машины», инжиниринговый центр им. А.А. Липгарта
г. Москва 105005
И. В. Прохоров
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)»
Россия
Россия
Прохоров Иван Владимирович – старший преподаватель кафедры СМ10 «Колёсные машины», инжиниринговый центр им. А.А. Липгарта
г. Москва 105005
Список литературы
1. Ramezanizadeh M., Nazari M.A., Ahmadi M.H., Chen L. A review on the approaches applied for cooling fuel cells // International Journal of Heat and Mass Transfer. – 2019. – V. 139. – Р. 517–525.
2. Andisheh Tadbir M., Shahsavari S., Bahrami M., Kjeang K. Thermal management of an air-cooled PEM fuel cell: cell level simulation / ASME 2012 10th International Conference on Fuel Cell Science, Engineering and Technology collocated with the ASME 2012 6th International Conference on Energy Sustainability, 2012. – 7 p.
3. Huang Z., Jian Q. Cooling efficiency optimization on air-cooling PEMFC stack with thin vapor chambers // Applied Thermal Engineering. – 2022. – V. 217. – P. 119238.
4. Boudghene Stambouli A., Traversa E. Solid oxide fuel cells (SOFCs): a review of an environmentally clean and efficient source of energy // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2002. – V. 6. – Iss. 5. – P. 433–455.
5. Basualdo M.S., Feroldi D., Outbib R. PEM fuel cells with bio-ethanol processor systems: a multidisciplinary study of modelling, simulation, fault diagnosis and advanced control. – London: Springer, 2012. – 462 p.
6. Wu M., Zhang H., Zhao J., Wang F., Yuan J. Performance analyzes of an integrated phosphoric acid fuel cell and thermoelectric device system for power and cooling cogeneration // International Journal of Refrigeration. – 2018. – V. 89. – P. 61–69.
7. Fakhreddine O., Gharbia Y., Derakhshandeh J.F., Amer A.M. Challenges and solutions of hydrogen fuel cells in transportation systems: a review and prospects // World Electric Vehicle Journal. – 2023. – No. 14 (6). – P. 156.
8. Thomas C.E. Fuel cell and battery electric vehicles compared // International Journal of Hydrogen Energy. – 2009. – V. 34. – Iss. 15. – P. 6005–6020.
9. Дугин Г.С., Григорьев С.А. Новые возможности использования топливных элементов на транспортных средствах // Транспорт на альтернативном топливе. – 2010. – № 2 (14). – С. 76–78.
10. Lucia U. Overview on fuel cells // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2014. – V. 30. – P. 164–169.
11. Карелин Д.Л., Болдырев А.В., Болдырев С.В., Колбина Т.Ю. Анализ испарительного и жидкостного методов охлаждения блоков топливных элементов методом относительных энергетических показателей // Машиностроение: сетевой электронный научный журнал. – 2023. – Т. 10, № 3. – С. 25–28.
12. Раинкина Л.Н. Гидромеханические расчёты трубопроводных систем с насосной подачей жидкости: Учебное пособие для выполнения курсовой работы. – М.: РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2004. – 76 с.
13. MathWorks. Help Center. URL: https://www.mathworks.com/help/ (дата обращения: 15.12.2022).
14. Никитин О.Ф. Гидравлика и гидропневмопривод. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010. – 414 с.
15. Якубович А.И., Кухаренок Г.М., Тарасенко В.Е. Системы охлаждения тракторных и автомобильных двигателей. Конструкция, теория, проектирование. – Минск: Новое знание, 2013. – 472 с.
Рецензия
Для цитирования:
Бутарович Д.О., Соловьёв М.А., Прохоров И.В. Расчётное исследование эффективности системы охлаждения топливного элемента. Труды НАМИ. 2024;(3):47-56. https://doi.org/10.51187/0135-3152-2024-3-47-56
For citation:
Butarovich D.O., Solov’ev M.A., Prokhorov I.V. Fuel cell cooling system efficiency calculation study. Trudy NAMI. 2024;(3):47-56. (In Russ.) https://doi.org/10.51187/0135-3152-2024-3-47-56
Просмотров:
111
Послать статью по эл. почте 
