Алгоритм параметрической идентификации модели быстрой водородопроницаемости

Юрий Васильевич Заика, Наталья Ивановна Родченкова, Yury Zaika, Natalia Rodchenkova

Аннотация


Производство высокочистого водорода необходимо для экологически чистой энергетики и различных химико-технологических процессов. Методом измерения удельной водородопроницаемости исследуются различные сплавы, перспективные для использования в газоразделительных установках. Требуется оценить параметры диффузии и сорбции с тем, чтобы иметь возможность численно моделировать различные сценарии и условия эксплуатации материала (включая экстремальные), выделять лимитирующие факторы. В статье представлены нелинейная модель быстрой водородопроницаемости в соответствии со спецификой эксперимента и алгоритм ее параметрической идентификации.


Ключевые слова


водородопроницаемость; нелинейные краевые задачи; разностные схемы; численное моделирование

Полный текст:

PDF

Литература


Алимов В.Н., Буснюк А.О., Ноткин М.Е., Лившиц А.И. Перенос водорода металлами 5-й группы: достижение максимальной плотности потока сквозь ванадиевую мембрану // Письма в ЖТФ. 2014. Т. 40, вып. 5. C. 88–94.

Взаимодействие водорода с металлами / Ред. А.П. Захаров. М.: Наука, 1987. 296 с.

Водород в металлах / Ред. Г. Алефельд, И. Фёлькль. М.:Мир, 1981. Т.1, 506 с.; т.2, 430 с.

Заика Ю.В., Родченкова Н.И. Диффузионный пик ТДС-спектра дегидрирования: краевая задача с подвижными границами // Математическое моделирование. 2008. Т.19, №11. С. 67–79.

Заика Ю.В., Родченкова Н.И., Сидоров Н.И. Моделирование водородопроницаемости сплавов для мембранного газоразделения // Компьютерные исследования и моделирование. 2016. Т.8, №1. С. 121–135.

Изотопы водорода. Фундаментальные и прикладные исследования / Ред. А.А. Юхимчук. Саров: РФЯЦ-ВНИИЭФ, 2009. 697 c.

Ленг С. Эллиптические функции. М.: Наука, 1984. 312 с.

Писарев А.А., Цветков И.В., Маренков Е.Д., Ярко С.С. Проницаемость водорода через металлы. М.: МИФИ, 2008. 144 с.

Уиттекер Э.Т., Ватсон Дж.Н. Курс современного анализа, часть 2. М.: Гл. ред. физ.-мат. лит., 1963. 516 с.

Черданцев Ю.П., Чернов И.П., Тюрин Ю.И. Методы исследования систем металл–водород. Томск: ТПУ, 2008. 286 c.

Dolan M.D. Non-Pd BCC alloy membranes for industrial hydrogen separation// Journal of Membrane Science. 2010. Vol.362, iss.1–2. P. 12–28. doi:10.1016/j.memsci.2010.06.068

Evard E.A., Gabis I.E., Yartys V.A. Kinetics of hydrogen evolution from

MgH2: experimental studies, mechanism and modelling // International Journal of Hydrogen Energy. 2010. Vol.35, iss.17. P. 9060–9069. doi:10.1016/j.ijhydene.2010.05.092

Gabis I.E. The method of concentration pulses for studying hydrogen transport in solids// Technical Physics. 1999. Vol.44, iss.1. P. 90–94. doi:10.1134/1.1259257

Handbook of hydrogen storage: new materials for future energy storage / Edt. M.Hirscher. Wiley–VCH, 2010. 353 p.

Indeitsev D.A., Semenov B.N. About a model of structure-phase transfomations under hydrogen influence // Acta Mechanica. 2008. Vol. 195, iss. 1. P. 295–304. doi:10.1007/s00707-007-0568-z

Kojakhmetov S., Sidorov N., Piven V., Sipatov I., Gabis I., Arinov B. Alloys based on Group 5 metals for hydrogen purification membranes // Journal of Alloys and Compounds. 2015. Vol. 645, supp. 1. P. S36–S40. doi:10.1016/j.jallcom.2015.01.242

Lototskyy M.V., Yartys V.A., Pollet B.G., Bowman R.C.Jr. Metal hydride hydrogen compressors: a review // International Journal of Hydrogen Energy. 2014. Vol.39, iss.11. P. 5818–5851. doi:10.1016/j.ijhydene.2014.01.158

Song G., Dolan M.D., Kellam M.E., Liang D., Zambelli S. V-Ni-Ti multi-phase alloy membranes for hydrogen purification // Journal of Alloys and Compounds. 2015. Vol. 509, iss. 38. P. 9322–9328. doi:10.1016/j.jallcom.2011.07.020

Terrani K.A., Balooch M., Wongsawaeng D., Jaiyen S., Olander D.R. The kinetics of hydrogen desorption from and adsorption on zirconium hydride // Journal of Nuclear Materials. 2010. Vol. 397, iss. 1–3. P. 61–68. doi:10.1016/j.jnucmat.2009.12.008

The hydrogen economy / Eds M. Ball, M. Wietschel. Cambridge Univ. Press, 2009. 646 p.

Varin R.A., Czujko T., Wronski Z.S. Nanomaterials for solid state hydrogen storage. Springer, New York, 2009. 338 p. doi:10.1007/978-

-387-77712-2.

Voyt A., Sidorov N., Sipatov I., Dobrotvorskii M., Piven V., Gabis I. Hydrogen solubility in V85Ni15 alloy // International Journal of Hydrogen Energy. 2017. Vol. 42, iss. 5. P. 3058–3063. doi:10.1016/j.ijhydene.2016.10.033

Zaika Yu.V., Bormatova E.P. Parametric identification of a hydrogen permeability model by delay times and conjugate equations // International Journal of Hydrogen Energy. 2011. Vol. 36, iss. 1. P. 1295–1305. doi:10.1016/j.ijhydene.2010.07.099

Zaika Yu.V., Kostikova E.K. Computer simulation of hydrogen thermal desorption by ODE-approximation // International Journal of Hydrogen Energy. 2017. Vol. 42, iss. 1. P. 405–415. doi:10.1016/j.ijhydene.2016.10.104

Zaika Yu.V., Kostikova E.K. Computer simulation of hydrogen thermodesorption // Advances in Materials Science and Applications.

World Acad. Publ. 2014. Vol. 3, iss. 3. P. 120–129. doi:10.5963/AMSA0303003

Zaika Yu.V., Kostikova E.K. Determination of effective recombination coefficient by thermodesorption method // International Journal of Hydrogen Energy. 2014. Vol. 39, iss. 28. P. 15819–15826. doi:10.1016/j.ijhydene.2014.07.117

Zaika Yu.V., Rodchenkova N.I. Boundary-value problem with moving bounds and dynamic boundary conditions: diffusion peak of TDS-spectrum of dehydriding // Applied Mathematical Modelling. 2009. Vol. 33, iss. 10. P. 3776–3791. doi:10.1016/j.apm.2008.12.018

Zaika Yu.V., Rodchenkova N.I. Hydrogen-solid boundary-value problems with dynamical conditions on surface // Mathematical

Modelling. Nova Sci. Publishers. 2013. P. 269–302.

Zaika Yu.V., Rodchenkova N.I. Numerical modelling of hydrogen desorption from cylindrical surface // International Journal of Hydrogen Energy. 2011. Vol. 36, iss. 1. P. 1239–1247. doi:10.1016/j.ijhydene.2010.06.121

Zhang Y., Maeda R., Komaki M., Nishimura C. Hydrogen permeation and diffusion of metallic composite membranes // Journal of Membrane Science. 2006. Vol. 269, iss. 1–2. P. 60–65. doi:10.1016/j.memsci.2005.06.018

REFERENCES in ENGLISH

Alimov V.N., Busnyuk A.O., Notkin M.E., Livshits A.I. Hydrogen transport by group 5 metals: Achieving the maximal flux density through a vanadium membrane. Technical Physics Letters. 2014. Vol. 40, iss. 3. P. 228–230. doi:10.1134/S1063785014030031

Vzaimodeistvie vodoroda s metallami [Interactions of hydrogen with metals] / Ed. A.P. Zakharov. Moscow: Nauka, 1987. 296 p.

Vodorod v metallakh [Hydrogen in metals] / Eds. G.Alefel'd, J.Fel'kl'. Moscow: Mir, 1981. Vol. 1, 2. 506, 403 p.

Zaika Yu.V., Rodchenkova N.I. Diffuzionnyi pik TDS-spektra degidrirovaniya: kraevaya zadacha s podvizhnymi granitsami [Diffusion peak of TDS-spectrum of dehydriding: boundary-value problem with moving bounds]. Matematicheskoe modelirovanie [Mathematical Models and Computer Simulations]. 2008. Vol. 19, iss. 11. P. 67–79.

Zaika Yu.V., Rodchenkova N.I., Sidorov N.I. Modelirovanie vodorodopronitsaemosti splavov dlya membrannogo gazorazdeleniya [Modeling of H2-permeability of alloys for gas separation membranes]. Komp’yuternye issledovaniya i modelirovanie [Computer Research and Modeling]. 2016. Vol. 8, iss. 1. P. 121–135.

Izotopy vodoroda. Fundamental’nye i prikladnye issledovaniya [Hydrogen isotopes. Fundamental and applied studies] / Ed. A.A. Yukhimchuk. Sarov: RFYaTs-VNIIEF, 2009.

Lang S. Elliptic functions. Addison-Wesley publishing, 1973. 326 p.

Pisarev A.A., Tsvetkov I.V., Marenkov E.D., Yarko S.S. Pronitsaemost’ vodoroda cherez metally [Hydrogen permeability through metals]. Moscow: MIFI, 2008. 144 p.

Whittaker E.T., Watson G.N. A Course of Modern Analysis. Cambridge Univ. Press, 1996. 612 p.

Cherdantsev Yu.P., Chernov I.P., Tyurin Yu.I. Metody issledovaniya sistem metall–vodorod [Methods of studying metal-hydrogen systems]. Tomsk: TPU, 2008. 286 p.

Dolan M.D. Non-Pd BCC alloy membranes for industrial hydrogen separation. Journal of Membrane Science. 2010. Vol. 362, iss. 1–2. P. 12–28. doi:10.1016/j.memsci.2010.06.068

Evard E.A., Gabis I.E., Yartys V.A. Kinetics of hydrogen evolution from MgH2: experimental studies, mechanism and modelling. International Journal of Hydrogen Energy. 2010. Vol. 35, iss. 17. P. 9060–9069. doi:10.1016/j.ijhydene.2010.05.092

Gabis I.E. The method of concentration pulses for studying hydrogen transport in solids. Technical Physics. 1999. Vol. 44, iss. 1. P. 90–94. doi:10.1134/1.1259257

Handbook of hydrogen storage: new materials for future energy storage. Ed. M.Hirscher. Wiley–VCH, 2010. 353 p.

Indeitsev D.A., Semenov B.N. About a model of structure-phase transfomations under hydrogen influence. Acta Mechanica. 2008. Vol. 195, iss. 1. P. 295–304. doi:10.1007/s00707-007-0568-z

Kojakhmetov S., Sidorov N., Piven V., Sipatov I., Gabis I., Arinov B. Alloys based on Group 5 metals for hydrogen purification membranes. Journal of Alloys and Compounds. 2015. Vol. 645, supp. 1. P. S36–S40. doi:10.1016/j.jallcom.2015.01.242

Lototskyy M.V., Yartys V.A., Pollet B.G., Bowman R.C. Jr. Metal hydride hydrogen compressors: a review. International Journal of Hydrogen Energy. 2014. Vol. 39, iss. 11. P. 5818–5851. doi:10.1016/j.ijhydene.2014.01.158

Song G., Dolan M.D., Kellam M.E., Liang D., Zambelli S. V-Ni-Ti multi-phase alloy membranes for hydrogen purification. Journal of Alloys and Compounds. 2015. Vol. 509, iss. 38. P. 9322–9328. doi:10.1016/j.jallcom.2011.07.020

Terrani K.A., Balooch M., Wongsawaeng D., Jaiyen S., Olander D.R. The kinetics of hydrogen desorption from and adsorption on zirconium hydride. Journal of Nuclear Materials. 2010. Vol. 397, iss. 1–3. P. 61–68. doi:10.1016/j.jnucmat.2009.12.008

The hydrogen economy. Eds M.Ball, M.Wietschel. Cambridge Univ. Press, 2009. 646 p.

Varin R.A., Czujko T., Wronski Z.S. Nanomaterials for solid state hydrogen storage. Springer, New York, 2009. 338 p. doi:10.1007/978-

-387-77712-2

Voyt A., Sidorov N., Sipatov I., Dobrotvorskii M., Piven V., Gabis I. Hydrogen solubility in V85Ni15 alloy. International Journal of Hydrogen Energy. 2017. Vol. 42, iss. 5. P. 3058–3063. doi:10.1016/j.ijhydene.2016.10.033

Zaika Yu.V., Bormatova E.P. Parametric identification of a hydrogen permeability model by delay times and conjugate equations. International Journal of Hydrogen Energy. 2011. Vol. 36, iss. 1. P. 1295–1305. doi:10.1016/j.ijhydene.2010.07.099

Zaika Yu.V., Kostikova E.K. Computer simulation of hydrogen thermal desorption by ODE-approximation. International Journal of Hydrogen Energy. 2017. Vol. 42, iss. 1. P. 405–415. doi:10.1016/j.ijhydene.2016.10.104

Zaika Yu.V., Kostikova E.K. Computer simulation of hydrogen thermodesorption. Advances in Materials Science and Applications. World Acad. Publ. 2014. Vol. 3, iss. 3. P. 120–129. doi:10.5963/AMSA0303003

Zaika Yu.V., Kostikova E.K. Determination of effective recombination coefficient by thermodesorption method. International Journal of Hydrogen Energy. 2014. Vol. 39, iss. 28. P. 15819–15826. doi:10.1016/j.ijhydene.2014.07.117

Zaika Yu.V., Rodchenkova N.I. Boundary-value problem with moving bounds and dynamic boundary conditions: Diffusion peak of TDS-spectrum of dehydriding. Applied Mathematical Modelling. 2009. Vol. 33, iss. 10. P. 3776–3791. doi:10.1016/j.apm.2008.12.018

Zaika Yu.V., Rodchenkova N.I. Hydrogen-solid boundary-value problems with dynamical conditions on surface. Mathematical Modelling. Nova Sci. Publishers. 2013. P. 269–302.

Zaika Yu.V., Rodchenkova N.I. Numerical modelling of hydrogen desorption from cylindrical surface. International Journal of Hydrogen Energy. 2011. Vol. 36, iss. 1. P. 1239–1247. doi:10.1016/j.ijhydene.2010.06.121

Zhang Y., Maeda R., Komaki M., Nishimura C. Hydrogen permeation and diffusion of metallic composite membranes. Journal of Membrane Science. 2006. Vol. 269, iss. 1–2. P. 60–65. doi:10.1016/j.memsci.2005.06.018




DOI: http://dx.doi.org/10.17076/mat666

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


© Труды КарНЦ РАН, 2014-2016