Тепловой режим металлокомпозитного водородного баллона, охлаждаемого в процессе заполнения


DOI: 10.34759/tpt-2021-13-9-410-417

Авторы

Зарубин В. С.1*, Зарубин С. В.1**, Зимин В. Н.1***, Осадчий Я. Г.2****

1. Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана, 2-я Бауманская ул., 5, стр. 1, Москва, 105005, Россия
2. ЗАО НПП «МАШТЕСТ», 141070, Россия, Московская обл., г. Королев

*e-mail: zarubin@bmstu.ru
**e-mail: sevlzaru@mail.ru
***e-mail: zimin@bmstu.ru
****e-mail: mashtest@mashtest.ru

Аннотация

В процессе заполнения газообразным водородом баллона высокого давления происходит интенсивное выделение тепловой энергии. Значительное повышение температуры водорода в баллоне существенно снижает его плотность и конечную массу по сравнению с регламентированной. Разработана приближенная математическая модель тепловых процессов при заполнении цилиндрического металлокомпозитного баллона с системой охлаждения, аналогичной используемой в камере сгорания жидкостного ракетного двигателя. Вода в качестве охлаждающего теплоносителя протекает по каналам, профрезерованным в оболочке лейнера баллона вдоль ее образующей. Из количественного анализа математической модели следует, что интенсивное охлаждение баллона приводит к значительному уменьшению температуры водорода. Это позволяет достигнуть большей плотности водорода в заполненном баллоне по сравнению с существующим энергоемким процессом предварительного охлаждения водорода перед его поступлением в баллон.

Ключевые слова:

металлокомпозитный цилиндрический баллон, заполнение баллона водородом, охлаждение водорода в баллоне, математическая модель теплового режима баллона

Библиографический список

  1. Козлов С.И., Фатеев В.Н. Водородная энергетика: современное состояние, проблемы, перспективы / Под ред. Е.П. Велихова. М.: Газпром ВНИИГАЗ, 2009. 520 с.
  2. Фатеев В.Н., Алексеева О.К., Коробцев С.В., Серегина Е.А., Фатеева Т.В., Григорьев А.С., Алиев А.Ш. Проблемы аккумулирования и хранения водорода // Kimya Problemleri ‒ Chemical Problems. 2018. V. 16. N 4. P. 453‒483.
  3. Todorovic R. Hydrogen Storage Technologies for Transportation Application // Journal of Undergraduate Research. 2015. V. 5. N 1. P. 56–59.
  4. Зарубин В.С., Осадчий Я.Г. Численное моделирование теплового режима металлокомпозитного шарового баллона при заполнении водородом // Транспорт на альтернативном топливе. 2021. № 2(80). С. 54–62.
  5. https://avtonov.info/standarty-zapravki-vodorodom/Стандарты заправки водородом. Дата обращения 02.08.2021.
  6. https://saemobilus.sae.org/content/j2601-201407/Протоколы заправки транспортных средств газообразным водородом. Дата обращения 02.08.2021.
  7. Зарубин В.С., Зарубин С.В., Осадчий Я.Г. Интенсификация теплоотвода при заполнении баллона газообразным водородом // Тепловые процессы в технике. 2021. Т. 13. № 6. С. 242–252.
  8. Зарубин В.С., Зарубин С.В., Зимин В.Н., Осадчий Я.Г. Численное моделирование процесса заполнения водородного баллона, охлаждаемого жидким азотом // Тепловые процессы в технике. 2021. Т. 13. № 7. С. 308‒317.
  9. Гусенков А.П., Котов П.И. Длительная и неизотермическая малоцикловая прочность элементов конструкций. М.: Машиностроение, 1988. 264 с.
  10. Казанцев А.Г. Малоцикловая усталость при сложном термомеханическом нагружении. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. 248 с.
  11. Махутов Н.А., Гаденин М.М. Комплексная оценка прочности, ресурса, живучести и безопасности машин в сложных условиях нагружения // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2020. № 4. С. 24–34.
  12. Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. Основы проектирования / Под ред. Д.А. Ягодникова. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016. 460 с.
  13. Кириллин В.А., Сычев В.В., Шейндлин А.Е. Техническая термодинамика. М.: Изд. дом МЭИ, 2016. 496 с.
  14. Справочник по физико-техническим основам криогеники / М.П. Малков, И.Б. Данилов, А.Г. Зельдович, А.В. Фрадков; под ред. М.П. Малкова. М.: Энергоатомиздат, 1985. 432 с.
  15. Грязев М.В., Травин В.Ю., Бессмертная Ю.В. Закатка горловины баллонов высокого давления // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2015. № 8-1. С. 3‒8.
  16. ГОСТ 4784-2-19. Межгосударственный стандарт. Алюминий и сплавы алюминиевые деформируемые. М.: Стандартинформ, 2019. 31 с.
  17. Григорьянц А.Г., Шиганов И.Н., Мисюров А.И., Третьяков Р.С. Лазерные аддитивные технологии в машиностроении. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018. 278 с.
  18. Зарубин В.С. Инженерные методы решения задач теплопроводности. М.: Энергоатомиздат, 1983. 328 с.
  19. http://thermalinfo.ru/svojstva-materialov/metally-i-splavy/teplofizicheskie-svojstva-sostav-i-teplop.... Дата обращения 02.08.2021.
  20. Теория тепломассообмена / Под ред. А.И. Леонтьева. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018. 462 с.
  21. Кутателадзе С.С., Боришанский В.М. Справочник по теплопередаче. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1958. 414 с.
  22. ГОСТ Р 55091-2013/ISO/TS 15869:2009. Водород газообразный и водородные смеси. М.: Стандартинформ, 2014. 42 с.
  23. Голованов А.Н., Кузин А.Я. Восстановление эффективных коэффициентов теплопроводности углепластиковых материалов в условиях теплового нагружения от плазменной струи // Вестник Томского государственного университета. 2010. № 4(12). С. 83‒89.


mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2018-2024