Реферат на тему:


Воспользуйтесь поиском к примеру Реферат        Грубый поиск Точный поиск






Загрузка...
НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ

Национальная академия наук Украины

Институт проблем машиностроения

им. А. М. Подгорного

Пода Вадим Борисович

УДК 661.96: 66.021: 629.58

тепломассообмена в глубоководных генераторах

водорода НА ОСНОВЕ ГИДРОРЕАГУЮЧИХ веществ

05.14.06. & Nbsp; техническая теплофизика и промышленная теплоэнергетика

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Харьков

Актуальность темы исследования.

Работа выполнена в Институте проблем машиностроения им. А.М. Подгорного Национальной академии наук Украины.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Соловей Виктор Васильевич

Институт проблем машиностроения

им. А.М. Подгорного НАН Украины,

зав. отделом

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

старший научный сотрудник

Трошенькин Борис Александрович

Институт проблем машиностроения

им. А.М. Подгорного НАН Украины,

ведущий научный сотрудник

кандидат технических наук

старший научный сотрудник

Петухов Илья Иванович

Национальный аэрокосмический университет

им. М.Е. Жуковского & ldquo; ХАИ & rdquo;

доцент

Ведущая организация: Национальный технический университет "ХПИ"

кафедра теплотехники

Защита состоится "10" марта в 14 часов на заседании диссертационного совета Д .180.02 в Институте проблем машиностроения им. & Nbsp; А.М. Подгорного НАН Украины по адресу: 61046 г.. & Nbsp; Харьков, ул. Дм. & Nbsp; Пожарского, 2/10.

С текстом диссертации можно ознакомиться в библиотеке Института проблем машиностроения им. А.М. Подгорного НАН Украины по адресу: 61046 г.. & Nbsp; Харьков, ул. & Nbsp; Дм. Пожарского, 2/10.

Автореферат разослан "3" февраля 2005 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета, к.т.н. 0.Е. Кузнечный

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Заметное уменьшение сырьевых ресурсов на суше заставляет человечество все больше обращаться к ресурсам океанов. Уже в ближайшее время технологически развитые страны мира планируют начать глубоководную промышленную разработку метановых газовых гидратов, металлоносные ила и железомарганцевых конкреций, залегающих на глубинах 40007000 м и занимают более 6070площи поверхности дна океана Отсюда должно быть очевидным актуальность для Украины, которая имеет выход к Мировому океана, в разработке средств глубоководной техники.

Кроме того, проведение каких-либо подводных работ должно быть обеспечено средствами аварийного спасения экипажей и техники, в Украине почти отсутствуют.

Наиболее важными системами подводной техники, особенно средств плавающих есть системы энергоснабжения и возвращения на поверхность, основными требованиями к которым являются минимально возможные массогабаритные показатели, максимально возможные удельный подъемная сила и удельное полезная нагрузка, высокая надежность и энергоемкость. Задача разработки подводной техники и ее систем для больших глубин осложняется тем, что они должны функционировать под воздействием слишком высокого давления. Эти требования, как показывает простой анализ, почти безальтернативно, могут быть обеспечены при использовании в этих системах водорода как источника енергии и рабочего тела.

Почти все существующие системы хранения и подачи водорода (СЗПВ), кроме баллонных, является массо-и теплообменными аппаратами. В связи с этим, разработка методов их расчета предполагает построение математических моделей, основанных на теоретических и экспериментальных исследованиях механизмов и закономерностей процессов массо- и теплопереноса и гидродинамики. Но в таких массообменных устройствах эти процессы происходят преимущественно в двух- и трехфазных системах, что затрудняет их изучение, особенно, если речь идет речь не о единичных процессы генерации водорода, а о процессах, происходящих в натурных генераторах водорода СЗПВ.

связзок работы с научными программами, планами, темами. Работа основывается на результатах опытов и разработок отраслевой лаборатории тепловых двигателей и отдела нетрадецийних энерготехнологий ИПМаш НАН Украины, проводившихся по: госбюджетной НИР "Разработка технологии получения гидрореагуючих быстрореагирующий соединений и принципиальных схем генераторов водорода и выдача рекомендаций по их промышленного использования» (б / т № ) государственный регистрационный № от 15 . г .; госбюджетной НИР "Научные основы использования нетрадиционных технологий для повышения эффективности добычи энергоносителей и производства энергии" (б / т № ) государственный регистрационный № U007249 от 19 . г .; НИР "Статья-12" Обоснование возможности создания газогенератора на основе реакции энергоаккумулирующих веществ для предоставления сил плавучести подъемным устройствам & rdquo; "(х / д № от 23 . & Nbsp; г.) НИОКР "Умение" "Разработка автономного устройства для подъема затонувших грузов" (х / д № от 04. . & Nbsp; г.), Утвержденной постановлением СМ СССР № 143 от 13. & nbsp ;. г. и № 239 от 17 . г.

Цель и задачи исследования. Целью исследования является разработка метода расчета глубоководных генераторов водорода (ГВ) на основании теоретических и экспериментальных исследований механизмов и закономерностей процессов тепломассопереноса, происходящие в них, и создание нового типа системы хранения и подачи водорода для средств подводной техники с минимальными массогабаритными характеристиками, которая могла использоваться на всех глубинах Мирового океана.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

аналитический обзор существующих и перспективных СЗПВ и исследований по тепломассообмена в химических гетерогенных системах, выбор и обоснование принципиальной схемы системы;

разработка метода расчета основных параметров работы генерАтора водорода системы;

выбор гидрореагуючих веществ (ГРР), по использованию в глубоководных ГВ, и экспериментальное исследование теплообменных характеристик их реакции с водой;

экспериментальное исследование процессов тепломассообмена, сопровождающие генерирования водорода в генераторах открытого типа с ГРР в виде вертикальных цилиндрических столбцов, с целью получения эмпирических зависимостей и дополнения ними аналитической части метода расчета;

разработка и натурное исследование экспериментальных образцов СЗПВ.

Объект исследования процессы тепломассопереноса в гетерогенных химических системах "жидкость твердое тело", сопровождающиеся газообразованием.

Предмет исследования СЗПВ с глубоководными генераторами водорода открытого типа на основе гидрореагуючих веществ и методы их расчета с определением характеристик и параметров работы систем.

Методы исследования методы математического моделирования и теории дифференциальных и интегральных исчислений, методы теории подобия и физического моделирования, методы теории математического оптимального планирования эксперимента и построения эмпирических зависимостей, экспериментальные методы измерения процессов массопереноса и теплофизических явлений.

Научная новизна полученных результатов. Научная новизна работы заключается в том, что в ней впервые получены следующие научные результаты:

разработан метод расчета массо- и теплообменных параметров и характеристик СЗПВ с глубоководным генератором водорода открытого типа по схеме "колокол", использующий гидрореагуючи вещества;

получены результаты экспериментальных исследований теплообменных характеристик реакции твердых веществ (быстрореагирующий ГРР на основе алюминия) с водой, сопровождающиеся газообразованием, и моделей глубоководных генераторов водорода с ГРР в виде столбцов, на основе чего установлено эмпирические зависимости относительно полноты и поверхностной скорости массоотдачи ГРР и измв их затопления, обработал и проанализировал их результаты, получил эмпирические зависимости [4]. Вывел зависимости по основным параметрам работы генераторов [5]. Предложил способ углубления глубоководных нефтехранилищ с помощью гидрореагуючих веществ, разработал схему их установки, рассчитал экономичность способа [6]. Предложил систему подъема затонувших судов с помощью гидрореагуючих веществ, разработал основную схему осуществления способа [7]. Вместе с соавторами [8] принимал участие в разработке методики и проведены экспериментов, обработке и анализе их результатов, лично вывел зависимости по газосодержание у реагирующей поверхности гидрореагуючих веществ. Проводил исследования по выбору гидрореагуючих веществ, вывел зависимости для максимальной глубины генераторов водорода различных схем, обосновал использование открытой схемы генератора водорода [9]. Работу 10 выполнено самостоятельно.

Апробация результатов диссертации. Основные материалы и результаты работы докладывались автором на Минском международном форуме по тепломассообмена, г.. & Nbsp; Минск, 1988 г .; Всесоюзной конференции "Химреактор-10", г.. & Nbsp; Куйбышев Тольятти, 1989 г .; VIII Международном конгрессе двигателестроителей., Г. Харьков 2003 г .; Четвёртого Международной научно-практической конференции "Проблемы экономии энергии", г.. Львов 2003 г.

Публикации. Результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 5-ти статьях в научно-технических сборниках и журналах, внесенных в список ВАК, 2-х авторских свидетельствах на изобретения, 3-х тезисах и материалах конференций и семинаров.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, основной части из 4-х глав, заключения, приложения и списка из 110 использованных источников. Работа содержит 197 страниц, в том числе 151 страницу основного текста 46 рисунков, 4 таблицы, 15 страниц приложения.

Основное содержание

Во введении обоснована актуальность темы диссертации и использования водорода в средствах подводной техники, сформулирована цели и задачи исследования, отражены научное и практическое значение результатов работы.

В первом разделе выполнен анализ существующих систем хранения и подачи водорода, на основании которого обоснован выбор СЗПВ для средств подводной техники, приведены обзор и анализ литературных источников по массо-и теплообменных процессов в системах с гидрореагуючимы веществами и методов расчетов их основных параметров, разработана общая методика исследований.

Эффективность использования СЗПВ, которые пригодны для применения в автономных транспортных средствах, в частности в подводных, определяется ее массогабаритными показателями и количеством потребляемой энергии для ее функционирования. Расчеты массогабаритных удельных характеристик СЗПВ и изменения по глубине использования удельного их массы, включая массу стального корпуса генератора в виде шара, доказывают, что маленькие массогабаритные и энергозатраты показатели имеют системы с гидрореагуючимы веществами при использовании в качестве источника водорода забортной воды.

Почти все разработанные и запатентованные генераторы водорода имеют герметичный прочный корпус, приводит к значительному увеличению массы системы при использовании на больших глубинах. Результаты расчетов их удельного подъемной силы, создаваемой единицы объема генератора с корпусом в виде стального шара, свидетельствуют о том, что такие генераторы с ГРР на основе активированного алюминия будут иметь максимально возможную глубину использования 3410 м, если продукты реакции ГРР с водой не удаляется из объема генератора и 7130 м в случае если последние удаляются. Генераторы же водорода с негерметичным корпусом не имеют ограничений по использованию в рамках существующих глубин Мирового океана, а их удельный подъемная сила на глубине 2000 г в 1,25 раз больше чем подъемная сила генераторов с герметичным корпусом и удалением продуктов реакции, или в 7 раз на глубине 6000 г.

Разгрузка корпуса ГВ от внешнего гидростатического давления возможно, если его выполнитты по схеме "колокол" с открытым в окружающую среду нижней частью.

Анализ способа размещения заряда ГРР в объеме такого разгруженного ГВ, а также результаты пробных опытов по изучению механизма реакции ГРР с водой позволили сделать вывод, что наиболее целесообразным с точки зрения полноты его использования и обеспечения возможности управления процессом генерации водорода, является размещение заряда ГРР в виде вертикальных цилиндрических столбцов

Обзор и анализ литературы по массо-и теплообменных процессов, сопровождающих химические реакции в системах "твердое тело-жидкость" с газообразованием, а также методов расчета основных параметров работы аппаратов, в которых осуществляются эти реакции, показал, что на сегодняшний день отсутствует метод расчета генераторов водорода с такими системами.

Почти все существующие работы посвящены изучению взаимодействия малых образцов твердого вещества с жидкостью, преимущественно с кислотами и щелочами, в кинетической зоне. Тепломассообмен больших образцов твердого реагента, тем более, сформированных в цилиндрические столбцы с вертикальным расположением, которые реагируют с жидкостью с газообразованием в зоне внешней диффузии, не изучали. Отсутствуют также сведения об исследованиях влияния на процессы тепломассообмена степень ограничения пространства вокруг реагирующего твердого тела и давления. Не существует методов расчета теплообменных характеристик генераторов водорода открытого типа на основе ГРР с подачей воды до нижнего торца заряда.

В разделе приведена блок-схема общей методики исследований.

Во втором разделе разработана аналитическая часть метода расчета СЗПВ с генераторами водорода открытого типа, который позволяет определить основные массообменных параметры процессов и характеристики работы системы. Метод разработан с предположениями относительно квазистационарных работы генератора, а также, что такие параметры работы системы как скорости массообмена vs и Vл, удельное газообразование Vуд и температура Т водорода, генерируемого не изменяются во времени и не зависят от других фактОрив, то есть в аналитической части метода они принимались как постоянные усредненные величины.

Исходным уравнением, которое связывает гидродинамические, теплофизические и массообменные процессы, протекающие в системе во время ее работы является

(1)

где коэффициент расхода; Sг площадь проходного сечения расходного отверстия, м2; Н разница уровней воды в пустотах ГВ и о объема, продуваемый (ПО), м; в плотность воды, кг / м3; K тг / ч коэффициент сжатия водорода R удельная газовая постоянная водорода, Дж / кгК; Т температура водорода, генерируемого К; г. давление на уровне поверхности воды в генераторе, Па; vs скорость массоотдачи ГРР по газу с единицы поверхности, м / с; Sзр площадь реагирующей поверхности заряда ГРР, м2; VгГВ объем газа в пустоте ГВ, м3; & Nbsp; время, с.

На основании уравнения (1) получены математические зависимости по параметрам работы системы на торцевой режиме работы генератора водорода () для режима полного затопления заряда () и режима частичного затопления заряда ГРР ().

Для обобщающего режима частичного затопления установлено, что по законам изменения формы реагирующей поверхности заряда ГРР и расход водорода, этот режим делится на 3 стадии работы: начальную, стационарной работы и конечную.

На I-й начальной стадии, которая характеризуется изменением формы реагирующей поверхности столбцов ГРР с цилиндрической на коническую по принципу минимума энергетической поверхности и по причине повышения уровня затопления столбцов, система уравнений, определяет работу генератора, имеет вид:

· для варианта Нз0 Нзр0Нзк1

где & nbsp ;; Нз0 начальная полная высота заряда ГРР, м; НЗК, Нзк1 соответствии текущая и конечная высота конической части столбцов на I-й стадии, м; Нзр0 начальная высота зотоплення поряда ГРР водой, когда = 0, м; с плотность ГРР, кг / м3; dз0, d0 соответствии внешний начальный диаметр столбца ГРР и диаметр центрального отверстия столбца, м; Vл vs / Vудз скорость массообмена по твердому реагентом, или линейная скорость его срабатывания, м / с; N количество столбцов ГРР; mзр масса ГРР, что прореагировала на момент, кг;

· для варианта Нз0 Нзр0Нзк1:

где НЗК, Нзц, dзк, dзц высоты и диаметра конической и цилиндрической частей реагирующей поверхности столбцов, м; И угол конусности конической части реагирующей поверхности, град; 1с, р1 соответственно, время до момента затопления заряда и полное время для случая, рассмотрен.

На II-й стационарной стадии работы, когда реакционная поверхность заряда ГРР имеет коническую поверхность в присутствии цилиндрической Нереагирующие

Загрузка...

Страницы: 1 2 3






Ещё Рефераты по вашей теме

РОЛЬ коры МОЗГА И подкоровых АМИНЕРГИЧНИХ СТРУКТУР В ОРГАНИЗАЦИИ целенаправленно поведенческого акта - Автореферат
Агроэкологические основы СОЗДАНИЕ ПАСТБИЩНОГО конвейеры для молодняка крупного рогатого скота мясного направления продуктивности в условиях радиоактивного загрязнения Полесья УКРАИНЫ - Автореферат
Семантика-функциональной природы фразеологизмов в художественной прозе закарпатоукраинського ПИСАТЕЛЕЙ (40-90 гг. ХХ в.) - Автореферат
УПРАВЛЕНИЕ СТОИМОСТЬЮ наукоемких машиностроительных предприятий - Автореферат
ПРИЧИНЫ ЗАБОЛЕВАНИЙ дифтерией у привитых - Автореферат
ГОСУДАРСТВЕННОЕ УПРАВЛЕНИЕ СИСТЕМОЙ ЗДРАВООХРАНЕНИЯ НА ПРИНЦИПАХ общеобязательного государственного социального медицинского страхования - Автореферат
Управления затратами предприятия ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА - Автореферат