Изучение процессов термостимулированного и неравновесного выхода изотопов водорода из Pd, Ni, Pt, Zr, Ti

Ма, Сяоле Отделение экспериментальной физики (ОЭФ)
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

В данной работе проведены исследования выхода водорода в вакуум из предварительно насыщенных водородом металлических образцов (Pd, Ni, Pt, Zr, Ti) при термическом линейном и радиационном нагреве. Экспериментально исследован выхода водорода при термическом и радиационном нагреве из плоских образцов различной толщины переходных металлов (Pd, Ni, Pt, Zr, Ti), предварительно насыщенных водородом методом Сиверста и электрохимическим методом. Рассмотрены модели десорбции водорода, и с использованием указанных моделей создана программа для моделирования десорбции водорода из металлов с учетом различных лимитирующих стадий: диффузионной, поверхностной рекомбинации и десорбционной с помощью метода конечных элементов в системе “Матлаб”, и получены численные решения.

РЕФЕРАТ ……………………………………………………………………………………………………. 10
Введение ……………………………………………………………………………………………………… 13
Глава 1. Взаимодействие водорода с металлами (Ti, Zr, Pd, Ni, Pt) ………………. 15
1. 1 Водород в металлах ……………………………………………………………………………. 15
1. 1.1 Взаимодействие водорода с титаном ……………………………………………… 17
1. 1.2 Взаимодействие водорода с никелем……………………………………………… 19
1. 1.3 Взаимодействие водорода с цирконием …………………………………………. 20
1. 1.4 Взаимодействие водорода с палладием и платиной ……………………….. 22
1. 2 Диффузия водорода в металлах …………………………………………………………… 25
1.3 Методы стимулированного выхода водорода из металлов ……………………. 26
1.3.1 Термостимулированное газовыделение ………………………………………….. 26
1.3.2 Радиационно-стимулированное газовыделение ………………………………. 28
Глава 2. Экспериментальное исследование выхода водорода из Ti,Zr,Ni,Pd,Pt 29
2.1 Методы насыщения водородом ……………………………………………………………. 29
2.1.1 Электролитическое насыщение водородом …………………………………….. 30
2.1.2 Насыщение водородом из газовой фазы (метод Сивертса) ………………. 31
2.2 Установка для исследования термостимулированного и радиационно-
стимулированного выхода водорода из металлов ………………………………………. 32
2.3 Экспериментальные результаты…………………………………………………………… 35
2.3.1 Экспериментальные результаты термостимулированного
газовыделения водорода ………………………………………………………………………… 36
2.3.2 Экспериментальные результаты радиационно-стимулированного
газовыделения водорода ………………………………………………………………………… 39
Глава 3. Моделирование выхода водорода из металлов ………………………………… 43
3.1 Модель для описания термостимулированного газовыделения водорода 43
3.2 Выход водорода из гидридо-образующих материаловTi, Zr………………….. 57
3.3 Модель для описания радиационно-стимулированного газовыделения
водорода из металлов………………………………………………………………………………… 62
3.4 Модель полубесконечного образца ………………………………………………………. 66
Глава 4. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение
4.1 Потенциальные потребители результатов исследования ………………………. 69
4.2 Анализ конкурентных технических решений ……………………………………….. 70
4.3 SWOT-анализ………………………………………………………………………………………. 72
4.4 Оценка готовности проекта к коммерциализации…………………………………. 74
4.5 Вычисление бюджета ………………………………………………………………………….. 77
4.6 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной,
социальной и экономической эффективности исследования ………………………. 85
Глава 5. Социальная ответственность …………………………………………………………… 89
Введение ……………………………………………………………………………………………………… 89
5.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности. ……… 89
5.2 Производственная безопасность. …………………………………………………………. 91
5.3 Экологическая безопасность………………………………………………………………. 100
5.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях. ………………………………………….. 101
Заключение ……………………………………………………………………………………………….. 103
Список литературы ……………………………………………………………………………………. 105
Приложение А …………………………………………………………………………………………… 114
Глава 6. Обзор на иностранном языке ………………………………………………………… 115
Introduction ………………………………………………………………………………………………… 115
6.1 The interaction of hydrogen with metal ………………………………………………….. 116
6.2 Diffusion of hydrogen in metals ……………………………………………………………. 117
6.3 Experimental part ………………………………………………………………………………… 118
6.5 Modeling the release of hydrogen from metals ……………………………………….. 120
6.5.1 Model for describing thermally stimulated hydrogen gas evolution ……… 120
6.5.2 Semi-infinite sample ………………………………………………………………………. 126
Conclusion ………………………………………………………………………………………………….. 128
Приложение В……………………………………………………………………………………………. 130

Поведение водорода в металлах становится все более многоплановой
междисциплинарной проблемой на стыке физики и химии твердого тела [1, 2].
Взаимодействие между водородом и металлом имеет как положительные,
так и отрицательные стороны: с одной стороны, поскольку водород очень активен
и легко вступает в реакцию с металлами, происходит водородное охрупчивание,
которое приводит к разрушению материала и рассматривается как вредный
элемент [3, 4]; с другой стороны, водород чрезвычайно важен. Потребляемая
ценность водорода, такая как применение технологии термической обработки
водородом, может значительно улучшить рабочие характеристики
металлических материалов [2]. Металл является эффективным материалом для
хранения водорода, что имеет очень высокую ценность для развития широкого
применения в водородной энергетике [2, 5, 6,].
Исследования водородного охрупчивания металлов продолжаются в
течение десятков лет, но конкретный механизм водородного охрупчивания еще
не определен однозначно, что ограничивает решение проблемы водородного
охрупчивания, и до сих пор остается горячей точкой исследований для ученых.
Обоснованное использование и контроль содержания и форм метало-гидридов
могут улучшить пластичность металла или использование металлов в качестве
материала для хранения водорода. Технология обработки водородом, использует
обратимый эффект водородного легирования в сплаве для контроля
микроструктуры сплава и улучшения конечных механических свойств.
Исследование и разработка высокоэффективных материалов для хранения
водорода является ключом к практическому использованию водорода в качестве
энергоносителя. В настоящее время широко изучаются материалами для
хранения водорода. Скорость абсорбции, ёмкость хранения, температура и
скорость выхода из металлогидридов определяется деталями процессов
образования связи металл-водород [2, 3, 4].
Для того чтобы оптимизировать характеристики хранения водорода в
материалах и разработать новые материалы для хранения водорода, необходимо
уточнить механизм хранения водорода в материалах. Переходные металлы
широко используются в исследованиях различных каталитических реакций
водорода. Для реализации процесса каталитического получения водорода
необходимо исследовать детали кинетического процесса взаимодействия
водорода с поверхностью металла [6, 7].
Как правило, требуется найти распределение водорода в металле, входной
и выходной потоки газа с учетом адсорбционно-десорбционных процессов на
поверхности, предложить методы определения параметров диффузионных и
адсорбционно-десорбционных процессов по экспериментальным данным,
исходя из условий насыщения материалов водородом, скорости и режимов
нагрева образцов, включая, например, радиационный нагрев, форму и размер
образцов [8].
В данной работе остановимся на моделировании метода
термостимулированного и радиационно-стимулированного газовыделения
водорода в вакуум из предварительно насыщенных водородом плоских
металлических образцов для определения параметров взаимодействия водорода
с гидридо-образующими Ti, Zr и формирующими твердые растворы Ni, Pd, Pt
переходными металлами.
Положения, выносимые на защиту:
1. С увлечением толщины образцы при термическом нагреве пик
десорбции водорода из металлов двигается в высокотемпературную область, а
ширина пика растет. Это указывает на лимитирующую роль диффузии в
процессах выхода водорода из металлов. По сравнению с термогазовыделением,
при радиационном нагреве пик десорбции водорода значительно сдвигается в
низкотемпературную область, облучение ускоряет выхода водорода.
2. При моделировании ТСГВ для Ti, Zr, Pt наряду с диффузией, следует
учитывать реакции рекомбинации атомов водорода на поверхности с

использованием граничного условия: ∓ | = 0 exp (− ) (0, ). А для

15
Ni и Pd наряду с диффузией и рекомбинацией атомов водорода на поверхности
и десорбции молекул водорода с поверхности в граничном условии
лимитирующим оказывается процесс выхода водорода из объема на

поверхность: ± | = − диф (± , ) 1 . Получены соотношения между
=± 2
энергией активации, предэкспоненциальными множителями диффузии,
рекомбинации и десорбции, толщиной образца, скоростью нагрева и положением
пика газовыделения водорода.
Цель работы:
– Экспериментальное изучение и моделирование процессов
диффузионного выхода водорода в вакуум из предварительно насыщенных
водородом металлических образцов при термическом и радиационном нагреве.
Для достижения поставленной цели, необходимо решить следующие
задачи:
1. Подготовить обзор по теме исследования и сформулировать задачу
исследования;
2. Провести экспериментальное исследование термостимулированного и
радиационно-стимулированного газовыделения водорода из металлов;
3. Выполнить численное и аналитическое моделирование процессов
ТСГВ и РСГВ и найти аналитические аппроксимации выхода водорода из
металлов при термическом и радиационном нагреве;
4. Сопоставить результаты аналитического и численного моделирования
с экспериментальными данными.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Елена С. Таганрогский институт управления и экономики Таганрогский...
    4.4 (93 отзыва)
    Высшее юридическое образование, красный диплом. Более 5 лет стажа работы в суде общей юрисдикции, большой стаж в написании студенческих работ. Специализируюсь на напис... Читать все
    Высшее юридическое образование, красный диплом. Более 5 лет стажа работы в суде общей юрисдикции, большой стаж в написании студенческих работ. Специализируюсь на написании курсовых и дипломных работ, а также диссертационных исследований.
    #Кандидатские #Магистерские
    158 Выполненных работ
    Глеб С. преподаватель, кандидат наук, доцент
    5 (158 отзывов)
    Стаж педагогической деятельности в вузах Москвы 15 лет, автор свыше 140 публикаций (РИНЦ, ВАК). Большой опыт в подготовке дипломных проектов и диссертаций по научной с... Читать все
    Стаж педагогической деятельности в вузах Москвы 15 лет, автор свыше 140 публикаций (РИНЦ, ВАК). Большой опыт в подготовке дипломных проектов и диссертаций по научной специальности 12.00.14 административное право, административный процесс.
    #Кандидатские #Магистерские
    216 Выполненных работ
    Вики Р.
    5 (44 отзыва)
    Наличие красного диплома УрГЮУ по специальности юрист. Опыт работы в профессии - сфера банкротства. Уровень выполняемых работ - до магистерских диссертаций. Написан... Читать все
    Наличие красного диплома УрГЮУ по специальности юрист. Опыт работы в профессии - сфера банкротства. Уровень выполняемых работ - до магистерских диссертаций. Написание письменных работ для меня в удовольствие.Всегда качественно.
    #Кандидатские #Магистерские
    60 Выполненных работ
    Анна Н. Государственный университет управления 2021, Экономика и ...
    0 (13 отзывов)
    Закончила ГУУ с отличием "Бухгалтерский учет, анализ и аудит". Выполнить разные работы: от рефератов до диссертаций. Также пишу доклады, делаю презентации, повышаю уни... Читать все
    Закончила ГУУ с отличием "Бухгалтерский учет, анализ и аудит". Выполнить разные работы: от рефератов до диссертаций. Также пишу доклады, делаю презентации, повышаю уникальности с нуля. Все работы оформляю в соответствии с ГОСТ.
    #Кандидатские #Магистерские
    0 Выполненных работ
    Сергей Н.
    4.8 (40 отзывов)
    Практический стаж работы в финансово - банковской сфере составил более 30 лет. За последние 13 лет, мной написано 7 диссертаций и более 450 дипломных работ и научных с... Читать все
    Практический стаж работы в финансово - банковской сфере составил более 30 лет. За последние 13 лет, мной написано 7 диссертаций и более 450 дипломных работ и научных статей в области экономики.
    #Кандидатские #Магистерские
    56 Выполненных работ
    Логик Ф. кандидат наук, доцент
    4.9 (826 отзывов)
    Я - кандидат философских наук, доцент кафедры философии СГЮА. Занимаюсь написанием различного рода работ (научные статьи, курсовые, дипломные работы, магистерские дисс... Читать все
    Я - кандидат философских наук, доцент кафедры философии СГЮА. Занимаюсь написанием различного рода работ (научные статьи, курсовые, дипломные работы, магистерские диссертации, рефераты, контрольные) уже много лет. Качество работ гарантирую.
    #Кандидатские #Магистерские
    1486 Выполненных работ
    Анна Александровна Б. Воронежский государственный университет инженерных технол...
    4.8 (30 отзывов)
    Окончила магистратуру Воронежского государственного университета в 2009 г. В 2014 г. защитила кандидатскую диссертацию. С 2010 г. преподаю в Воронежском государственно... Читать все
    Окончила магистратуру Воронежского государственного университета в 2009 г. В 2014 г. защитила кандидатскую диссертацию. С 2010 г. преподаю в Воронежском государственном университете инженерных технологий.
    #Кандидатские #Магистерские
    66 Выполненных работ
    Шагали Е. УрГЭУ 2007, Экономика, преподаватель
    4.4 (59 отзывов)
    Серьезно отношусь к тренировке собственного интеллекта, поэтому постоянно учусь сама и с удовольствием пишу для других. За 15 лет работы выполнила более 600 дипломов и... Читать все
    Серьезно отношусь к тренировке собственного интеллекта, поэтому постоянно учусь сама и с удовольствием пишу для других. За 15 лет работы выполнила более 600 дипломов и диссертаций, Есть любимые темы - они дешевле обойдутся, ибо в радость)
    #Кандидатские #Магистерские
    76 Выполненных работ
    Оксана М. Восточноукраинский национальный университет, студент 4 - ...
    4.9 (37 отзывов)
    Возможно выполнение работ по правоведению и политологии. Имею высшее образование менеджера ВЭД и правоведа, защитила кандидатскую и докторскую диссертации по политоло... Читать все
    Возможно выполнение работ по правоведению и политологии. Имею высшее образование менеджера ВЭД и правоведа, защитила кандидатскую и докторскую диссертации по политологии.
    #Кандидатские #Магистерские
    68 Выполненных работ

    Другие учебные работы по предмету

    Модифицирование поверхности полученного с помощью аддитивной технологии титанового сплава Ti-6Al-4V
    📅 2021год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Ди-мюонное фоторождение в эксперименте NA64
    📅 2018год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)