Тепловой режим металлокомпозитного водородного баллона с системой охлаждения жидким азотом


DOI: 10.34759/tpt-2021-13-10-442-448

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

Использование газообразного водорода в качестве экологически чистого энергоносителя во многих областях техники, включая различные виды транспорта, связано с решением проблемы его хранения и транспортировки при достаточно высоком давлении. Для автомобилей с электродвигателями, получающими энергию от водородных топливных элементов, применение в настоящее время газообразного водорода целесообразно при его плотности в баллонах, составляющей более половины плотности в жидкой фазе. Достижение такого уровня плотности газообразного водорода требует разработки и создания высокотехнологичного и дорогостоящего оборудования, обеспечивающего высокие значения давления и расхода водорода на входе в баллон. Вместе с тем необходимый уровень плотности газообразного водорода в металлокомпозитном баллоне высокого давления может быть достигнут на существующем оборудовании при определенном тепловом режиме процесса его заполнения, включающем охлаждение баллона жидким азотом. Из количественного анализа математической модели, описывающей такой тепловой режим, следует возможность достижения параметров состояния водорода в баллоне, соответствующих современному уровню.

Ключевые слова:

металлокомпозитный цилиндрический баллон, заполнение баллона водородом, охлаждение жидким азотом, 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 11.08.2021.
  6. https://saemobilus.sae.org/content/j2601-201407/Протоколы заправки транспортных средств газообразным водородом. Дата обращения 11.08.2021.
  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. DOI: 10.34759/tpt-2021-13-6-242-252
  8. Зарубин В.С., Зарубин С.В., Зимин В.Н., Осадчий Я.Г. Тепловой режим металлокомпозитного водородного баллона, охлаждаемого в процессе заполнения // Тепловые процессы в технике. 2021. Т. 13. № 9. С. 410–417. DOI: 10.34759/tpt-2021-13-9-410-417
  9. 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.
  10. Теория тепломассообмена / Под ред. А.И. Леонтьева. 3-е изд., испр. и доп. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018. 462 с.
  11. 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. DOI: 10.34759/tpt-2021-13-7-308-317
  12. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М.: Наука, 1972. 720 с.
  13. Span R., Lemmon E.W., Jacobsen R.T., Wagner W., Yokozeki A. A Reference Quality Thermodynamic Property Formulation for Nitrogen // J. Phys. Chem. Ref. Data. 2000. V. 29. N 6. P. 1361–1433.
  14. Идельчик И.Е. Справочние по гидравлическим сопротивлениям. М.: Машиностроение, 1992. 672 с.
  15. Кутателадзе С.С., Боришанский В.М. Справочник по теплопередаче. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1958. 414 с.
  16. Малков М.П., Данилов И.Б., Зельдович А.Г., Фрадков А.В. Справочник по физико-техническим основам криогеники / Под ред. М.П. Малкова. М.: Энергоатомиздат, 1985. 432 с.
  17. Jacobsen R.T., Leachman J.W., Penoncello S.G., Lemmon E.W. Current Status of Thermodynamic Properties of Hydrogen // Int J. Thermophys. 2007. V. 28. P. 758–772. DOI: 10.1007/s10765-007-0226-7
  18. Leachman J.W., Jacobsen R.T., Penoncello S.G., Lemmon E.W. Fundamental Equations of State for Parahydrogen, Normal Hydrogen, and Orthohydrogen // Journal of Physical and Chemical Reference Data. 2009. V. 38. N 3. P. 721–748.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2018-2024