МОДЕЛЮВАННЯ ТЕПЛОМАСООБМІННИХ ПРОЦЕСІВ У МЕТАЛОГІДРИДНИХ УСТАНОВКАХ

Автори

Н. А. Чорна, Інститут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10), e-mail: nataliyachernaya7@gmaіl.com, ORCID: 0000-0002-9161-0298

В. В. Ганчин, Інститут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10), ORCID: 0000-0001-9242-6460

Анотація

Водень як екологічно чистий енергоносій знаходить все більш широке використання в різних сферах економіки індустріально розвинених країн, в першу чергу, для поліпшення екологічної ситуації. Металогідридні установки незалежно від області застосування є енергоперетворювальними об’єктами, тому розробка науково-технічних принципів їх утворювання – новий науковий напрям промислової теплоенергетики. У роботі розглянуто особливості процесу тепломасообміну в системі «водень-метал», що протікає в металогідридних установках. Запропоновано математичну модель нестаціонарних процесів тепломасообміну стосовно металогідридних пристроїв складної конструкції. Наведено результати розрахунково-теоретичних досліджень, виконаних авторами щодо перспектив застосування сучасних металогідридних технологій. На підставі розрахунково-теоретичного дослідження проаналізований вплив точності задання коефіцієнта тепловіддачі на динаміку десорбції водню. Виділені основні чинники, що впливають на вибір геометричних розмірів металогідридного елемента. Особливістю моделі є її універсальність, що дає можливість застосування її під час моделювання різних типів енергоперетворювальних металогідридних установок, оптимізації конструкції та режимів роботи проектованих металогідридних пристроїв. Впровадження запропонованих технологічних рішень зі створення металогідридного устаткування відкриє перспективи широкого кола спеціалізованих енергоперетворювальних установок. Це дозволить підвищити рівень використання вторинних енергетичних ресурсів на підприємствах різних галузей, створить реальні передумови для зменшення теплового забруднення навколишнього середовища й буде важливим кроком на шляху реалізації програми інтеграції економіки України в єдину загальноєвропейську систему.

Ключові слова: енергоперетворювальні установки, тепломасообмінні процеси,  водень, металогідрид, математичне моделювання.

Повний текст: завантажити PDF

Література

1. Соловей В. В., Ивановский А. И., Черная Н. А. Энергосберегающие технологии генерации и энерготехнологической переработки водорода. Компрессор. и энерг. машиностроение. 2010. № 2 (20). С. 21–24.
2. Соловей В. В., Ивановский А. И., Черная Н. А. Применение термосорбционных компрессоров для компримирования водорода. ВЭБ-МПГ-2009: Сб. тр. 6-го междунар. симп. (Москва, 5–6 ноября 2009). М., 2009. С. 79–92.
3. Мацевитый Ю. М., Соловей В. В., Черная Н. А. Повышение эффективности металлогидридных элементов теплоиспользующих установок. Пробл. машиностроения. 2006. Т. 9. № 2. С. 85–93.
4. Соловей В. В., Чорна Н. А., Кошельнік О. В. Розробка науково-технічних принципів створення тепловикористовуючих металогідридних систем Энергосбережение. Энергетика. Энергоаудит. 2011. № 7 (89). С. 67–73.
5. Кошельнік О. В., Чорна Н. А. Розробка та аналіз схем високоефективних водневих енергоперетворюючих установок. Вестник НТУ ХПИ. Серия: Энергетические и теплотехнические процессы и оборудование. 2012. № 7. С. 170–174.
6. Соловей В. В., Кошельник А. В., Черная Н. А. Моделирование тепломассообменных процессов в металлогидридных теплоиспользующих установках. Пром. теплотехника. 2012. Т. 34. № 2. С. 48–53.
7. Водень в альтернативній енергетиці та новітніх технологіях (за ред. В. В. Скорохода, Ю. М. Солоніна). К.: «КІМ», 2015. 294 с.
8. Чорна Н. А. Удосконалення математичної моделі тепломасообмінних процесів у водневих металогідридних системах. Пробл. машиностроения. 2013. Т. 16. № 3. С. 68–72.
9. Кошельнік О. В., Чорна Н. А. Перспективи використання водневих енергоперетворюючих систем для утилізації теплових вторинних енергоресурсів високотемпературних теплотехнологічних комплексів. Пробл. машиностроения. 2014. Т. 17. № 2. С. 46–53.
10. Чорна Н. А., Зіпунніков М. М. Удосконалення моделі тепломасообмінних процесів у водневих металгідридних системах. Экология и пром-сть. 2015. № 4. С. 77–80.
11. Мацевитый Ю. М. Обратные задачи теплопроводности: в 2 т. Т. Приложения. Киев: Наук. думка, 2003. 392 с.
12. Самарский А. А., Вабищевич П. Н. Вычислительная теплопередача. М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2009. 784 с.
13. Самарский А. А., Моисеенко Б. Д. Экономичная схема сквозного счета для многомерной задачи Стефана. Журн. вычисл. математики и мат. физики. 1965. Т. 5. № 5. С. 816–827.
14. Рояк М. Э., Соловейчик Ю. Г., Шурина Э. П. Сеточные методы решения краевых задач математической физики. Новосибирск: Изд-во Новосиб. техн. ун-та, 1998. 120 с.
15. Ивановский А. И. Повышение эффективности сжатия водорода в металлогидридном термосорбционном компрессоре: дис. … канд. техн. наук / Ин-т проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины. Харьков, 1990.
16. Кутателадзе С. С. Основы теории теплообмена. М.: Атомиздат, 1979. 416 с.

Надійшла до редакції 27 червня 2018 р.