CC BY
16
АЛГОРИТМ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВРЕМЕНИ РАЗРУШЕНИЯ БАЛЛОНА С ВОДОРОДОМ, ОБУСЛОВЛЕННОГО ИЗМЕНЕНИЕМ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПАРАМЕТРОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
В.Г. Борисенко, к.ф-м.н., доцент, Ю.П. Кпючка, к.т.н., докторант Национальный университет гражданской защиты Украины, г. Харьков
В настоящее время водород рассматривается как один из перспективных экологически чистых энергоносителей для транспорта будущего [1-5]. Необходимым условием для его реализации является создание малогабаритных аккумуляторов водорода с высокой емкостью и минимальным уровнем пожаровзрывоопасности.
На сегодняшний день одним из основных способов хранения водорода на транспортных средствах является хранение в сжатом виде в баллонах высокого давления до 70 МПа [1-5].
Анализ показывает, что основной причиной возникновения аварийных ситуаций может быть разгерметизация магистралей с водородом или же баллона высокого давления, а также нерасчетное повышение давления в системе вследствие повышения температуры окружающей среды.
Целью данной работы является определение влияния температурного воздействия на изменение характеристик стального баллона с газообразным водородом в условиях пожара, а также определение интервала времени от начала воздействия до момента его разрушения.
Во время возникновения и развития пожара на транспортном средстве происходит изменение температуры стенок баллона и водорода в нем. В связи с этим, необходимо определить скорость прогрева баллона и водорода в условиях пожара.
С учетом изменения характеристик стального баллона, выражение нестационарной теплопроводности для его стенки примет следующий вид [6]
На рис. 1 приведен алгоритм работы программы по расчету характеристик баллона и водорода в условиях пожара с учетом выражения (1).
/
—Т(г, т) = (- 0,0142 • Т(г, т) +18,481)-10"6 •
V
Рисунок 1 - Алгоритм работы программы по определению температуры и давления водорода в газовом баллоне: Т(г, 0) - значение температуры на интервале ге(г15г2); Т(г1, х), Т(г2, х) - значение температуры на границах стенки баллона; Трё, ТНг - температура продуктов горения и температура водорода, а81(Т), - зависимость температуропроводности и тепло-
проводности материала баллона от температуры; а2- зависимость коэффициента теплоотдачи от температуры стенки баллона к водороду; -площадь, через которую проходит тепловой поток q2; т^ - масса водорода в баллоне; хобщ - время, по истечении которого необходимо определить температуру в баллоне или давление; х1п1 - отрезок времени, на котором производится решение дифференциального уравнения; ги г2 - внешний и внутренний радиус баллона
Таким образом, в соответствии с алгоритмом (рис. 1), определяется температура и давление водорода в баллоне. Кроме этого определяется температура в стенке баллона в зависимости от г и 1.
Выводы:
• на основе уравнения нестационарной теплопроводности с граничными условиями первого и третьего рода получена зависимость температуры стенки баллона и водорода в нем от времени;
• предложен алгоритм определения критических значений давления водорода, температуры стенок баллона в зависимости от температурных параметров окружающей среды и времени их воздействия.
Список использованной литературы
1. Кузык Б.Н. Россия: стратегия перехода к водородной энергетике / Б.Н. Кузык, Ю.В. Яковец; Авт. предисл. С.М. Миронов - М.: Институт экономических стратегий, 2007. - 400 с.
2. В.М. Ажажа, М.А. Тихоновский, А.Г. Шепелев. Материалы для хранения водорода. Анализ тенденций развития на основе данных об информационных потоках / В.М. Ажажа и др. // Вопросы атомной науки и техники. 2006. -№ 1. -С.23 -27.
3. Мищенко А.И. Применение водорода для автомобильных двигателей / А.И. Мищенко. - Киев: Наукова Думка, 1984. - 281 с.
4. Водород на транспорте [Електронний ресурс] / Н.В. Болбас // - Режим доступу. : http://engine.aviaport.ru/ issues/38/page34.html.
5. Левтеров A.M., Савицкий В.Д. Экспериментальный образец водородного автомобиля на базе модели ГАЗ-2705 // Автомобильный транспорт: сб. науч. тр. ХНАДУ. - Вып. 22. - Харьков, 2008. - С. 17 - 23.
6. Борисенко В.Г. Определение времени разрушения баллона с водородом, обусловленного изменением температурных параметров окружающей среды / В.Г. Борисенко, В.И. Кривцова, Ю.П. Клочка // Проблемы пожарной безопасности. - 2010. - № 27. - С. 83-96.
