Термоелектричні генератори на органічному паливі - Автореферат

Національна академія наук України Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наукНауковий консультант: академік Національної академії наук України, доктор фізико-математичних наук, професор Анатичук Лукян Іванович, Інститут термоелектрики Національної академії наук України та Міністерства освіти і науки України, директор Лашкарьова, завідувач відділу доктор фізико-математичних наук, професор Гуцул Іван Васильович, Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича, декан фізичного факультету доктор технічних наук, старший науковий співробітник, Ащеулов Анатолій Анатолійович, Інститут термоелектрики НАН і МОН України, головний науковий співробітник Створено класифікацію фізичних моделей ТЕГ на газовому та рідкому паливі, яка містить 64 моделі, серед яких - 55 нових. Розвинуто теорію каталітичних джерел тепла, знайдено розподіл температур, концентрацій реагентів і швидкостей реакції, за яких досягається максимальна ефективність генерування тепла. Винайдено новий клас термоелектричних матеріалів та нові типи термоелектричних перетворювачів на газовому паливі, ефективність яких в 1,6-1,8 разів вища порівняно з термопарним термоелементом.Використання ТЕГ дозволяє також створювати нові типи джерел опалення, суміщених з термогенераторами. Розвинути теорію гетерогенного окиснення органічних палив у каталітичних дифузійних джерелах тепла; дослідити фізичні моделі цих джерел, провести математичний опис гетерогенного процесу окиснення палива, теплота масообмінних процесів у пористих шарах каталізаторів; експериментально дослідити умови, за яких досягається максимальна повнота окиснення палива, стабільність роботи та екологічність каталітичних джерел тепла. Предмет дослідження - фізичні процеси і явища, що відбувається при перетворенні теплової енергії згоряння органічного палива у електричну енергію у термоелектричних генераторах, методи оптимізації термогенераторів; фізичні процеси та технології каталітичних джерел тепла; властивості експериментальних зразків термогенераторів. Для досягнення поставленої мети у роботі використовувались методи термодинаміки необоротних процесів у застосуванні до термоелектричного перетворення енергії; методи математичної фізики для визначення температурних і теплових полів у газових і термоелектричних середовищах; фізико-хімічні методи: газова хроматографія, растрова електронна мікроскопія, рентгенівський спектральний і фазовий аналізи та кінетичний метод розрахунку основних параметрів процесів горіння палив; фізичне моделювання термогенераторів; методи компютерного моделювання теплових і масообмінних процесів перетворення хімічної енергії палива в теплову; методи компютерного моделювання й проектування термоелектричних модулів і генераторів. На основі аналізу фізичних моделей визначено найбільш раціональні, використання яких забезпечує суттєве підвищення ККД ТЕГ та можливості їх широкого застосування: генераторів з внутрішніми каталітичними джерелами тепла, каталітичних генераторів з дифузійними джерелами тепла, секційних генераторів з каскадними модулями, комбінованих генераторів тепла та електрики.Поряд з цим, ефективна реалізація можливостей сучасних термоелектричних матеріалів повинна супроводжуватись також зростанням інших чинників, від яких залежить ККД генераторів: ефективності джерел тепла, оптимізації конструкції, збільшення ефективності термобатарей, мінімізації витрат на допоміжні функції генератора. Для створення таких джерел тепла необхідно оптимізувати кількісний та якісний склад оксидних каталізаторів; визначити оптимальні умови генерування тепла та раціональні схеми каталітичних джерел тепла для ТЕГ. Опираючись на досягнення у напрямках, наведених вище, розробити нові фізичні моделі ТЕГ та варіанти ТЕГ для широкого практичного використання: генератори тепла та електрики, в тому числі і секційні, для децентралізації опалення та автономного забезпечення теплом та електрикою; каталітичні генератори, в тому числі і МІКРОТЕГ як альтернатива хімічним джерелам електричної енергії; термогенератори для живлення систем газової автоматики. У третьому розділі представлені результати дослідження фізики дифузійних каталітичних джерел тепла, які використано для створення автономних екологічно чистих термоелектричних генераторів на органічному паливі. Знайдено залежності температури дифузійних джерел тепла і повноти спалювання від форми каталітичної поверхні, її розміру, взаємного розміщення каталізатора і теплоприймальної поверхні ТЕГ, які використано для розробки джерел тепла на газовому та рідкому паливі для термоелектричних генераторів.

2. Основний зміст роботи