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!

    Дарья С. Томский государственный университет 2010, Юридический, в...
    4.8 (13 отзывов)
    Практикую гражданское, семейное право. Преподаю указанные дисциплины в ВУЗе. Выполняла работы на заказ в течение двух лет. Обучалась в аспирантуре, подготовила диссерт... Читать все
    Практикую гражданское, семейное право. Преподаю указанные дисциплины в ВУЗе. Выполняла работы на заказ в течение двух лет. Обучалась в аспирантуре, подготовила диссертационное исследование, которое сейчас находится на рассмотрении в совете.
    #Кандидатские #Магистерские
    18 Выполненных работ
    Мария Б. преподаватель, кандидат наук
    5 (22 отзыва)
    Окончила специалитет по направлению "Прикладная информатика в экономике", магистратуру по направлению "Торговое дело". Защитила кандидатскую диссертацию по специальнос... Читать все
    Окончила специалитет по направлению "Прикладная информатика в экономике", магистратуру по направлению "Торговое дело". Защитила кандидатскую диссертацию по специальности "Экономика и управление народным хозяйством". Автор научных статей.
    #Кандидатские #Магистерские
    37 Выполненных работ
    Екатерина С. кандидат наук, доцент
    4.6 (522 отзыва)
    Практически всегда онлайн, доработки делаю бесплатно. Дипломные работы и Магистерские диссертации сопровождаю до защиты.
    Практически всегда онлайн, доработки делаю бесплатно. Дипломные работы и Магистерские диссертации сопровождаю до защиты.
    #Кандидатские #Магистерские
    1077 Выполненных работ
    Татьяна П. МГУ им. Ломоносова 1930, выпускник
    5 (9 отзывов)
    Журналист. Младший научный сотрудник в институте РАН. Репетитор по английскому языку (стаж 6 лет). Также знаю французский. Сейчас занимаюсь написанием диссертации по и... Читать все
    Журналист. Младший научный сотрудник в институте РАН. Репетитор по английскому языку (стаж 6 лет). Также знаю французский. Сейчас занимаюсь написанием диссертации по истории. Увлекаюсь литературой и темой космоса.
    #Кандидатские #Магистерские
    11 Выполненных работ
    Дмитрий М. БГАТУ 2001, электрификации, выпускник
    4.8 (17 отзывов)
    Помогаю с выполнением курсовых проектов и контрольных работ по электроснабжению, электроосвещению, электрическим машинам, электротехнике. Занимался наукой, писал стать... Читать все
    Помогаю с выполнением курсовых проектов и контрольных работ по электроснабжению, электроосвещению, электрическим машинам, электротехнике. Занимался наукой, писал статьи, патенты, кандидатскую диссертацию, преподавал. Занимаюсь этим с 2003.
    #Кандидатские #Магистерские
    19 Выполненных работ
    Катерина В. преподаватель, кандидат наук
    4.6 (30 отзывов)
    Преподаватель одного из лучших ВУЗов страны, научный работник, редактор научного журнала, общественный деятель. Пишу все виды работ - от эссе до докторской диссертации... Читать все
    Преподаватель одного из лучших ВУЗов страны, научный работник, редактор научного журнала, общественный деятель. Пишу все виды работ - от эссе до докторской диссертации. Опыт работы 7 лет. Всегда на связи и готова прийти на помощь. Вместе удовлетворим самого требовательного научного руководителя. Возможно полное сопровождение: от статуса студента до получения научной степени.
    #Кандидатские #Магистерские
    47 Выполненных работ
    Татьяна М. кандидат наук
    5 (285 отзывов)
    Специализируюсь на правовых дипломных работах, магистерских и кандидатских диссертациях
    Специализируюсь на правовых дипломных работах, магистерских и кандидатских диссертациях
    #Кандидатские #Магистерские
    495 Выполненных работ
    Дарья П. кандидат наук, доцент
    4.9 (20 отзывов)
    Профессиональный журналист, филолог со стажем более 10 лет. Имею профильную диссертацию по специализации "Радиовещание". Подробно и серьезно разрабатываю темы научных... Читать все
    Профессиональный журналист, филолог со стажем более 10 лет. Имею профильную диссертацию по специализации "Радиовещание". Подробно и серьезно разрабатываю темы научных исследований, связанных с журналистикой, филологией и литературой
    #Кандидатские #Магистерские
    33 Выполненных работы
    Яна К. ТюмГУ 2004, ГМУ, выпускник
    5 (8 отзывов)
    Помощь в написании магистерских диссертаций, курсовых, контрольных работ, рефератов, статей, повышение уникальности текста(ручной рерайт), качественно и в срок, в соот... Читать все
    Помощь в написании магистерских диссертаций, курсовых, контрольных работ, рефератов, статей, повышение уникальности текста(ручной рерайт), качественно и в срок, в соответствии с Вашими требованиями.
    #Кандидатские #Магистерские
    12 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)