CC BY
9
ОЦЕНКА ВОЗДЕЙСТВИЯ ОТКРЫТОГО ПЛАМЕНИ НА ПОЖАРОВЗРЫВООПАСНОСТЬ МЕТАЛЛОГИДРИДНЫХ СИСТЕМ
ХРАНЕНИЯ ВОДОРОДА
Кривцова В.И., д.т.н., проф., Ю.П. Ключка, к.т.н., Национальный университет гражданской защиты Украины, г. Харьков
Одним из способов хранения водорода в автомобиле является хранение в связанном состоянии, в частности, в форме гидридов интерметаллидов [1, 2]. Одной из проблем использования этих систем является их пожаровзырывоопасность, обусловленная свойствами водорода и самой системой хранения.
В связи с этим, определение изменения характеристик металлогидридного патрона с водородом и времени до его разрушения под воздействием внешнего источника тепла, является актуальной задачей.
В работах [2, 3] приведены характеристики металлогидридных систем, динамика выделения водорода из гидрида, а также ряд их теплофизических характеристик. Однако, на сегодняшний день, отсутствуют результаты испытаний гидридных систем в случае воздействия на них тепловых потоков, например, при пожаре.
В работе [4] были получены теоретические оценки времени до разрушения насыщенных гидридных систем с водородом под воздействием повышенной внешней температуры, а также получены дискретные модели зависимости давления в системе под воздействием температуры окружающей среды, характера ее изменения, а также степени насыщения гидрида водородом.
Целью данной работы является получение экспериментальным путем зависимостей давления водорода в патроне с металлогидридом (рис. 1), в частности, с LaNi5Hx, при воздействии на него открытого пламени и их сравнение с теоретическими значениями, полученными в работе [4].
Рис. 1. Фото гидридного патрона Рис. 2. Схема экспериментальной
площадки: 1 - пламя костра; 2 -гидридный патрон; 3 - магистральная линия; 4 - манометр МТП-160 Эксперимент (рис. 2) проводился при температурах и временных диапазонах, характерных для пожара [5]. Давление в патроне измерялось с
помощью манометра МТП-160, рассчитанного на максимальное давление 400 атм. с классом точности 1,5.
На рис. 3 приведены полученные результаты изменения давления в патроне по времени, а на рис. 4 приведены зависимости относительной погрешности определения давления от времени.
Рис. 3. Зависимость давления Рис. 4. Относительная погрешность водорода в патроне при его расчетных значений давления нагревании: 1 - расчетное значение водорода в патроне от времени давления в соответствии с [4]; 2 -экспериментальные значения
давления в патроне
Из рисунка следует, что по истечению 190 секунд расчетные значения давления становятся немного меньше, чем экспериментальные. Это можно объяснить погрешностью давления, погрешностью определения насыщенности гидрида на начальном этапе, а также колебанием значения температуры в костре.
Из рисунка 4 следует, что максимальное значение относительной погрешности составляет 20%. Среднее значение относительной погрешности составляет около 7%, что позволяет говорить об адекватности модели, полученной в работе [4].
На рис. 5 приведено фото взорвавшегося гидридного патрона в результате эксперимента.
Рис. 5. Фото взрыва и гидридного патрона после взрыва
В ходе эксперимента гидридный патрон взорвался при значениях Р=22 МПа, что говорит о некотором рассогласовании экспериментальных данных и теоретических. Ожидаемое расчетное давление, при котором разрушится гидридный патрон составляло Р=19 МПа. Разницу экспериментального и теоретического давления разрушения можно объяснить погрешностью определения насыщенности гидрида на начальном этапе, а также колебанием значения температуры в костре.
Выводы.Экспериментальным путем получены зависимости давления водорода в патроне с гидридом LaNi5Hx при воздействии на него открытого пламени. Полученные экспериментальные значения позволили сделать вывод об адекватности теоретической модели, приведенной в [4]. Показано, что погрешность расчетных значений в соответствии с [4] составляет в среднем 7%.
Список литературы
1. Ключка Ю.П. Особенности использования водорода на автомобильном транспорте / В.И. Кривцова, Ю.П. Ключка // Проблемы пожарной безопасности. - 2009. - № 26. - С. 49-61.
2. Мищенко А.И. Применение водорода для автомобильных двигателей. Киев: Наукова Думка, 1984. - 281 с.
3. Кривцова В.И. Теоретические и экспериментальные пути создания систем хранения и подачи водорода на основе твердых веществ для двигательных и энергетических установок летательных аппаратов: Дис... д-ра техн. наук: 05.07.05 / НАН Украины; Институт проблем машиностроения им. А.Н.Подгорного. - Х., 2001. - 420 с.
4. Ключка Ю.П. Определение времени разрушения гидридного патрона, обусловленного изменением температурных параметров окружающей среды / Ю.П. Ключка // Науковий вюник будiвництва. - 2011. - № 68. - С. 77-80.
5. Клаус Д.П. Роль естественно-научной криминалистики / Клаус Дитер Поль. — Москва, 1985. — 311 с.
