Теоретичні і експериментальні шляхи створення систем зберігання і подання водню на основі твердих речовин для двигунових та енергетичних установок літальних апаратів - Автореферат

Міністерство освіти і науки України Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук ТЕОРЕТИЧНІ І ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ШЛЯХИ СТВОРЕННЯ СИСТЕМ ЗБЕРІГАННЯ І ПОДАННЯ ВОДНЮ НА ОСНОВІ ТВЕРДИХ РЕЧОВИН ДЛЯ ДВИГУНОВИХ ТА ЕНЕРГЕТИЧНИХ УСТАНОВОКТаким чином, створення ефективних СЗП водню на основі твердих речовин для ДУ і ЕУ ЛА актуально і дозволить розвязати проблему використання водню в тривало функціонуючих бортових воднеспоживаючих ЕС. Робота виконувалася згідно з планами НДР ІПМАШ НАН України відповідно до Всесоюзної програми вирішення науково-технічної проблеми 0.85.03 "Розробити і впровадити в народне господарство ефективні методи і апарати захисту атмосферного повітря від забруднень шкідливими речовинами" на 1986 - 1990 рр. (завдання 03.05.І5: "Провести приймальні випробування дослідних металогідридних установок для збереження, очищення, стиснення і подачі водню"); Координаційним планом науково-дослідних робіт з проблеми "Воднева енергетика і технологія" АН СРСР на 1986-1990 рр. (1.9.7.2.2.3 "Дослідження і розробка системи збереження і транспортування водню на основі інтерметалідних зєднань для різних областей техніки", 1.9.7.3.2.5 "Дослідження і розробка методів, процесів і схем використання водне гідридних систем для вирішення задач енергетики, створення дослідних зразків енергоустановок і систем акумулювання і регенерації тепла"); НДР № 01870093010-89 "Розробка технології одержання гідрореагуючих швидкореагуючих зєднань (ГРС) і принципових схем генераторів водню та видача рекомендацій щодо їхнього промислового використання"; контрактом № 8-4-13/13/93/10-94 "Розробка електротермічних двигунів і енергоустановок КА з металогідридними системами збереження і подачі водню" із Національним космічним агентством України в рамках розділу Національної космічної програми України "Робот - 3" ; постанов ОФТП АН України №8, п. У результаті проведених досліджень вирішено актуальну наукову проблему створення СЗП водню на основі твердих речовин для ДУ і ЕУ ЛА, орієнтованих на тривале функціонування, і отримано такі нові наукові результати: обґрунтовано шляхи підвищення ефективності ДУ і ЕУ ЛА, що базуються на використанні СЗП водню на основі твердих речовин; вперше запропоновано метод виділення водню з гідридів металів, що ґрунтується на використанні самопоширюваного високотемпературного синтезу інтерметалідів; вперше вивчено закономірності виділення водню з гідридів металів, основним з яких є те, що генерація водню в СЗП можлива за рахунок використання внутрішньої енергії процесу утворення інтерметалідів; вперше експериментальним шляхом виявлено механізм процесів генерації водню в СЗП із використанням ГРС; на основі фундаментального принципу максимуму ентропії в сполученні з методами імітаційного моделювання і теорії планування експерименту отримано математичні моделі, що описують процеси генерації водню; Розроблені методи одержання водню, а також комплекс математичних моделей, що описують процеси його генерації, у сукупності із системотехнічними рішеннями, є теоретичною базою для синтезу СЗП водню, орієнтованих на їх використання в ДУ і ЕУ тривало функціонуючих ЛА.У роботі одержано нові науково обґрунтовані результати, що в сукупності забезпечують вирішення науково-практичної проблеми щодо обґрунтування шляхів створення систем збереження і подачі водню на основі твердих речовин для двигунів і енергетичних установок, орієнтованих на їхнє використання в складі тривало функціонуючих літальних апаратів. Розвязано задачу параметричної оптимізації процесу генерації водню, в основі якої лежить використання методів термодинамічного аналізу, імітаційного моделювання і планування експерименту, та обґрунтовано доцільність використання цього методу генерації для створення бортових СЗП водню. На підставі узагальнення характеристик процесів генерації водню оборотними гідридами інтерметалідів обґрунтовано можливість використання СЗП водню такого типу в ДУ і ЕУ тривало функціонуючих ЛА. З урахуванням локальних показників, що відбивають термодинамічні, кінетичні, фізико-хімічні, експлуатаційні та інші характеристики процесів генерації водню на основі зєднань, які реагують з водою, одержано оцінки, що свідчать про доцільність використання цих зєднань для створення СЗП водню, орієнтованих на роботу в ДУ і ЕУ тривало функціонуючих ЛА. Для газогенераторів, в основу побудови яких покладені різні методи одержання водню, запропоновано узагальнені математичні моделі, які характеризують процеси їхньої роботи в перехідному режимі, відносяться до класу феноменологічних і, залежно від методів одержання водню, відрізняються виглядом закону швидкості газовиділення.