Preview

Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE)

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Доступ платный или только для Подписчиков

Экспериментальные исследования процесса синтеза водорода в интенсивной гидродинамической кавитации в жидких углеводородах

https://doi.org/10.15518/isjaee.2020.07-18.80-86

Полный текст:

Аннотация

В данной работе проведены экспериментальные исследования процесса получения водорода с помощью интенсивной гидродинамической кавитации в жидких углеводородах. Физико-химические процессы, происходящие в кавитационном пузырьке на последней стадии его сжатия, весьма схожи с процессами, происходящими во взрывной камере. Достигаемые при этом значения давления и температуры обеспечивают термодинамическую стабильность продуктов реакции и получение газообразной смеси (аэрозоля) водорода и нанокластеров углерода, что подтверждено теоретическими расчетами. Контролируемое добавление водородсодержащих жидкостей и изменение условий сжатия кавитационных пузырьков позволяют управлять процессом синтеза водорода, что является важным шагом в развитии современных высокотехнологичных методов альтернативной энергетики. Пульсация сферической полости описана уравнениями Кирквуда – Бёте, которые являются одной из наиболее точных математических моделей процессов пульсаций при произвольной скорости движения границы полости. Предложенная модель позволяет полностью описывать процесс пульсаций кавитационных полостей, проводить всесторонние параметрические исследования и оценивать влияние различных параметров процесса на коллапс полостей.  Данная работа выполнена в продолжение экспериментов по кавитационному синтезу углеродных наноструктур. При быстром движении химически чистого бензола (С6H6) по профилированному каналу в виде сопла Вентури, в жидкости формируются кавитационные полости, сжимающиеся в рабочей камере, в которой создается резкий скачок давления. Давление в ударной волне, достигающее 80–90 МПа, обеспечивает близкий к адиабатическому сжатию коллапс кавитационных пузырьков. В результате ряда быстро протекающих физико-химических процессов испарения, нагрева и термической диссоциации паров углеводородных жидкостей, в полости синтезируется твердая углеродная фаза и газообразная водородсодержащая фаза, которая затем подвергается разделению.

Об авторе

Н. А. Булычев
Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН; Московский авиационный институт (Национальный исследовательский университет)
Россия

Николай Алексеевич Булычев, д-р хим. наук, ведущий научный сотрудник

53 Leninsky Av., Moscow, 119991, Russia 

д. 4, Волоколамское шоссе, Москва, 125993, Россия 



Список литературы

1. Galimov, E.M. Possibility of Natural Diamond Synthesis under Conditions of Cavitation Occurring in a Fast-moving Magmatic Melt / E.M. Galimov // Nature. – 1973. – Vol. 243 – P. 389.

2. Galimov, E.M. Experimental corroboration of the synthesis of diamond in the cavitation process / E.M. Galimov [et al.] // Doklady Physics. – 2004. – Vol. 49 – I. 3 – P. 150–153.

3. Voropaev, S.A. Synthesis of diamondlike nanoparticles under cavitation in toluene / S.A. Voropaev [et al.] // Doklady Physics. – 2012. – Vol. 57. – I. 10. – P. 373–377.

4. Formalev, V.F. On Thermal Solitons during Wave Heat Transfer in Restricted Areas / V.F. Formalev, S.A. Kolesnik // High Temperature. – 2019. – Vol. 57. – I. 4. – P. 498–502.

5. Formalev, V.F. Heat Transfer in a Half-Space with Transversal Anisotropy Under the Action of a Lumped Heat Source / V.F. Formalev, S.A. Kolesnik // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. – 2019. – Vol. 92. – I. 1. – P. 52–59.

6. Formalev, V.F. Mathematical modeling of heat transfer in anisotropic plate with internal sinks / V.F. Formalev, S.A. Kolesnik, B.A. Garibyan // AIP Conf. Proc. – 2019. – Vol. 2181. – article 020003.

7. Formalev, V.F. Simulation of Nonequilibrium Heat Transfer in an Anisotropic Semispace Under the Action of a Point Heat Source / V.F. Formalev, E.M. Kartashov, S.A. Kolesnik // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. – 2019. – Vol. 92. – I. 6. – P. 1537–1547.

8. Gidaspov, V.Y. A software package for simulation of unsteady flows of the reacting gas in the channel / V.Y. Gidaspov, V.K. Golubev, N.S. Severina // Bulletin of the South Ural State University, Series: Mathematical Modelling, Programming and Computer Software. – 2016. – Vol. 9. – I. 3. – P. 94–104.

9. Gidaspov, V.Y. Numerical Simulation of the Detonation of a Propane-Air Mixture, Taking Irreversible Chemical Reactions into Account / V.Y. Gidaspov, N.S. Severina // High Temperature. – 2017. – Vol. 55. – I. 5. – P. 777–781.

10. Gidaspov, V.Y. Numerical Study of the Influence of Water Droplets on the Structure of a Detonation Wave in a Hydrogen–Air Fuel Mixture / V.Y. Gidaspov, O.A. Moskalenko, N.S. Severina // High Temperature. – 2018. – Vol. 56. – I. 5. – P. 751–757.

11. Gidaspov, V.Y. Modeling of detonation of metalgas combustible mixtures in high-speed flow behind a shock wave / V.Y. Gidaspov, N.S. Severina // High Temperature. – 2019. – Vol. 57. – I. 4. – P. 514–524.

12. Borovik, I.N. Influence of the turbulent Prandtl number on numerical simulation reaction flow / I.N. Borovik, E.A. Strokach, N.S. Severina // AIP Conference Proceedings. – 2019. – Vol. 2181. – I. 1. – P. 020029.

13. Severina, N.S. Software complex for solving the different tasks of physical gas dynamics / N.S. Severina // Periodico Tche Quimica. – 2019. – Vol. 16. – I. 32. – P. 424–436.

14. Voropaev, S.A. Photoluminescence of nitrogendoped nanodiamonds of cavitation synthesis / S.A. Voropaev [et al.] // Doklady Physics. – 2014. – Vol. 59. – I. 12. – P. 564–567.

15. Bulychev, N.A. Hydrogen Production by LowTemperature Plasma Decomposition of Liquids / N.A. Bulychev [et al.] // International Journal of Hydrogen Energy. – 2017. – Vol. 42. – P. 20934–20938.

16. Bulychev, N.A., Plasma Discharge in Liquid Phase Media under Ultrasonic Cavitation as a Technique for Synthesizing Gaseous Hydrogen / N.A. Bulychev [et al.] // Bulletin of the Lebedev Physical Institute. – 2018. – Vol. 45. – I. 9. – P. 263–266.

17. Bulychev, N.A. On the Hydrogen Production during the Discharge in a Two-Phase Vapor-Liquid Flow / N.A. Bulychev // Bulletin of the Lebedev Physics Institute. – 2019. – Vol. 46. – I. 7. – P. 219–221.

18. Bulychev, N.A. Plasma discharge with surround glow in the liquid phase under the impact of ultrasound / N.A. Bulychev [et al.] // Bull. Lebedev Phys. Inst. – 2012. – Vol. 39. – No. 7. – P. 214–220.

19. Klassen, N. Laser and electric arc synthesis of nanocrystalline scintillators / N. Klassen [et al.] // IEEE Trans. Nucl. Sci., – 2010. – Vol. 57. – No. 3. – P. 1377– 1381.

20. Burkhanov, I.S. Nanoscale metal oxide particles produced in the plasma discharge in the liquid phase upon exposure to ultrasonic cavitation. 2. Sizes and stability. Dynamic light scattering study / I.S. Burkhanov [et al.] // Bulletin of the Lebedev Physics Institute. – Vol. 41. – No. 10. – P. 297–304.

21. Bulychev, N.A. Obtaining of hydrogen in acoustoplasma discharge in liquids / N.A. Bulychev [et al.] // Proceedings of SPIE – 2018. – Vol. 10614. – article number 1061411.


Для цитирования:


Булычев Н.А. Экспериментальные исследования процесса синтеза водорода в интенсивной гидродинамической кавитации в жидких углеводородах. Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2020;(7-18):80-86. https://doi.org/10.15518/isjaee.2020.07-18.80-86

For citation:


Bulychev N.A. Experimental Studies on Process of Hydrogen Synthesis in Intensive Hydrodynamic Cavitation in Liquid Hydrocarbons. Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2020;(7-18):80-86. (In Russ.) https://doi.org/10.15518/isjaee.2020.07-18.80-86

Просмотров: 34


ISSN 1608-8298 (Print)