Войти в мой кабинет
Регистрация
ГОТОВЫЕ РАБОТЫ / ДИССЕРТАЦИЯ, ЯДЕРНЫЕ ФИЗИКА И ТЕХНОЛОГИИ

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПОГЛОЩЕНИЯ ИЗОТОПОВ ВОДОРОДА СОРБЕНТАМИ НА ОСНОВЕ ВАНАДИЕВЫХ СПЛАВОВ

bulakovp 490 руб. КУПИТЬ ЭТУ РАБОТУ
Страниц: 55 Заказ написания работы может стоить дешевле
Оригинальность: неизвестно После покупки вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100% с помощью сервиса
Размещено: 23.04.2020
В ходе работ выполненных в рамках темы настоящего дипломного проекта получены следующие результаты: • составлен краткий обзор по экспериментально определенным параметрам взаимодействия водорода с ванадием и ванадиевым сплавом на основе которого были проведены расчеты изменения концентрации изотопов водорода в образцах толщины 1 мм при различных давлениях смеси – расчеты показали, что ванадий и ванадиевый сплав способны поглотить большое количество водорода, причем температура образца незначительно влияет на кинетику насыщения; было показано, что чем меньше толщина образца, тем быстрее устанавливается равновесная концентрация в его объеме, причем с точки зрения практического использования уже при толщине образцов 1 мм – скорость насыщения достаточно высока, и составляет менее чем 11 секунд;
Введение

Ванадий и ванадиевые сплавы являются очень перспективным материалом, который имеет много приложений обусловленный его уникальными свойствами по отношению к водороду. Ванадий и ванадиевые сплавы способны сорбировать водород в значительных количествах, имеют различие в параметрах и в скоростях процессов сорбции взаимодействии с водородом и выраженный изотопный эффект для различных изотопов водорода. Емкость по отношению к водороду металлического ванадия очень высокая [ ] и соответственно, сплавы на основе ванадия, в частности с титаном и хромом, являются очень перспективными в качестве сорбента водорода. Наличие титана и хрома может позволить контролировать состояние ? фазы [ - ]. Таким образом, свойства ванадия и ванадиевых сплавов определяют возможное его приложения в различных областях. Кинетические данные по сорбции водорода в ванадий и ванадиевых сплавах используются для проектирования различных систем, которые имеют приложения в таких областях как водородная энергетика, в частности ванадий и ванадиевые сплавы предлагаются использовать в качестве основы мембраны (покрытой с обеих сторон палладиевой пленкой) для водородных фильтров генераторов водорода. Здесь ключевой проблемой при использовании ванадиевых сплавов в качестве мембран и сорбентов является задача избавления от окисной пленки и активации поверхности ванадия. В ряде работ [ - ] приводятся интересные результаты о влиянии поверхности сплава на скорости сорбции и переноса водорода в ванадии и ванадиевых сплавах. Результаты данных работ позволяют сделать вывод о возможности использования ванадиевых сплавов не только в качестве высокотемпературных мембран разделения, но и эффективных сорбентов для установок по очистке водорода методом КЦА, при условии контроля и управления составом поверхности сорбента. В итоге эти сплавы показали высокую объемную способность абсорбции водорода по сравнению с существующими материалами для хранения водорода [ - ]. Также ванадиевый сплав V4Cr4Ti, является очень привлекательным для использования в модульных системах бланкета термоядерного реактора [ , ]. Одна из концепций термоядерного реактора основана на магнитном удержании дейтерий-тритиевого топлива с само охлаждаемой свинцово-литиевой эвтектикой в качестве охладителя тритиевого бридера. Поскольку производство трития в свинцово-литиевом охладителе необходимо для поддержания топливного цикла, следовательно, трансмутация изотопов водорода будет приводить к экстенсивным взаимодействиям с конструкционными материалами. Водород подвижен в большинстве материалов при повышенной температуре, включая сплавы на основе ванадия, которые показывают высокую растворимость водорода в них [ ]. Помимо хороших термомеханических и радиационно-стойких свойств кандидатные конструкционные материалы термоядерных реакторов должны быть дополнительно исследованы на предмет водородного охрупчивания; в частности должны быть исследованы абсорбционно-десорбционные процессы взаимодействия водорода с поверхностью материалов ТЯР. В связи с вышесказанными видно, что важными исследованиями для продвижения применении ванадия являются сорбционные свойства сорбентов по отношению к изотопам водорода, в частности определение параметров определяющие скорость абсорбционно-десорбционных процессов влияющих на кинетику поглощения/выделения водорода. Основной задачей было определение параметров взаимодействия изотопов водорода с ванадиевым сплавом V4Cr4Ti. Таким образом, целью работы являлось исследование процессов сорбции изотопов водорода ванадиевым сплавом V4Cr4Ti и создание программы по моделированию процессов диффузии изотопов водорода сквозь образец из ванадиевого сплава V4Cr4Ti. Научная новизна настоящей дипломной работы связана с интересной задачей описания механизмов образования гидридов и дейтеридов при заполнении атомов различных междоузлий решетки ванадия. Как говорилось выше – это уникальное свойство ванадия, не имеет в настоящий момент подробного описания с точки зрения теории. Получение новых экспериментальных данных позволит описать данные процессы и будет способствовать лучшему пониманию механизмов взаимодействия растворенных атомов с решеткой в сложных растворах внедрения. ?
Содержание

ВВЕДЕНИЕ 7 ГЛАВА 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 9 1.1 Предшествующие исследования 9 1.2 Сорбционно-десорбционный метод определения параметров взаимодействия изотопов водорода с материалами 19 1.2.1 Диффузия в пластине 19 1.2.1.1 Полуограниченное тело 19 1.2.1.2 Пластина конечной толщины 21 1.2.2 Способы обработки экспериментальных результатов 24 1.2.2.1 Распределение концентрации по толщине образца 24 1.2.2.2 Поток газа 24 1.2.2.3 Количество вещества 25 1.2.3 Изучение процессов сорбции-десорбции по измерению изменения давления в резервуаре 27 ГЛАВА 2 МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ДИФФУЗИИ ИЗОТОПОВ ВОДОРОДА В ОБРАЗЦЕ 31 ГЛАВА 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 37 3.1 Исследуемые материалы 37 3.2 Создание экспериментальной установки и отработка методики сорбционных экспериментов с ванадиевым сплавом V4Cr4Ti 37 3.3 Сорбционный эксперимент с ванадиевым сплавом V4Cr4Ti 41 ГЛАВА 4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА 44 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 48 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 49 ?
Список литературы

1. Golubkov A.N., Yukhimchuk A.A. Synthesis of the dihydride phase of Vanadium //J Alloys Compds. – 2005. – Vol. 404-406. – P. 35-37. – DOI:10.1016/j.jallcom.2004.11.120. 2. Lin H.C., Lin K.M., Wu K.C., Hsiung H.H., Tsai H.K. Cyclic hydrogen absorption-desorption characteristics of TiCrV and Ti0.8Cr1.2V alloys //Int J Hydrogen Energy. – 2007. – Vol. 32. – P. 4966-4972. 3. Mazzolai G. Some physical aspects of hydrogen behaviour in the H-Storage BCC alloys Ti35VxCr65-x, Ti40VxMn50-xCr10 and TixCr97.5-xMo2.5 //Int J Hydrogen Energy. – 2008. – Vol. 33. – P. 7116-7121. 4. Song X.P., Pei P., Zhang P.L., Chen G.L. The influence of alloy elements on the hydrogen storage properties in vanadium-based solid solution alloys //J Alloys Compds. – 2008. – Vol. 455. – P. 392-397. 5. Shkolnik I. V., Kulsartov T.V., Tazhibaeva I.L., Shestakov V.P. Investigation of the Surface Element Composition Influence on Hydrogen Permeability Through Vanadium Alloy VCr4Ti4 //Fusion Technology. – 1998. – Vol. 34. Iss. 3. – P. 868-871. 6. Kulsartov T.V., et al. Hydrogen permeation through vanadium alloy V4Cr4Ti 'in situ' of reactor irradiation //J. Nucl. Mat. – 2000. – Vol. 283. – P. 872-875. 7. Kulsartov T.V., Shestakov V.P., Chikhray Y.V., Kenzhin Y.A., Tazhibayeva I.L. Studies of reactor irradiation effect on hydrogen isotope release from vanadium alloy V4Cr4Ti //J. Nucl. Mat.(Impact Factor: 2.02). – 2007. – Vol. 367. – P. 844-847. – DOI: 10.1016/j.jnucmat. 2007.03.072. 8. Lototsky M.V., Yartys V.A., Zavaliy I.Y.. Vanadium-based BCC alloys: phase-structural characteristics and hydrogen sorption properties //J Alloys Compds. – 2005. – Vol. 404-406. – P. 421-426. 9. Elena D. An overview of advance materials for hydrogen storage //J Mat Proc Tech. – 2005. – Vol. 162-163. – P. 169-177. 10. Bououdina M., Grant D., Walker G. Review on hydrogen absorbing materials – structure, microstructure, and thermodynamic properties //Int J Hydrogen Energy. – 2006. – Vol. 31. – P. 177-182. 11. Pei P., Song X.P., Liu J., Zhao M., Chen G.L. Improving hydrogen storage properties of Laves phase related BCC solid solution alloy by SPS preparation method //Int J Hydrogen Energy. – 2009. – Vol. 34. – P. 8597-8602. 12. Cho S.W., Park N.C., Yoo J.H., Choi J., Park J.S., Suh C.Y., et al. Hydrogen absorption-desorption characteristics of Ti(0.22+x)Cr(0.5-2.5x)V(0.5-2.5x) (0 ? x ? 0.12) alloys //J Alloys Compds. – 2005. – Vol. 403. – P. 262-266. 13. Smith D.L., Chung H.M., Loomis B.A., Matsui H., Votinov S., Witzenburg W.V. Development of vanadium-based alloys for fusion first wall blanket applications //Fusion Eng Design. – 1995. – Vol. 29. – P. 399-410. 14. Fukumoto K., Morimura T., Tanaka T., Kimura A., Abe K., Takahashi H., et al. Mechanical properties of vanadium based alloys for fusion reactor //J Nucl Mater. – 1996. – Vol. 239. – P. 170-175. 15. Peterson D.T., Nelson S.O. Isopiestic solubility of hydrogen in vanadium alloys at low temperatures //Metallurgical transactions A. – 1985. – Vol. 16. – Iss. 3. – P. 367-374. 16. Veleckis E., Edwards R.K. Thermodynamics properties in the System Vanadium-Hydrogen, Niobium-Hydrogen and Tantalum- Hydrogen //J. Phys. Chem. – 1969. – Vol. 73. – Iss. 3. – P.683-692. 17. Alefeld G., Volkl J. Hydrogen in metals: Basic Properties. Berlin: Springer-Verlag, 1978. - 426 p. 18. Alefeld G., Volkl J. Hydrogen in metals: Application-oriented properties, Berlin: Springer-Verlag, 1978. - 387 p. 19. Svedberg R.C., Buckman R.W. Gas metal reactions in vanadium and vanadium-based alloys //International Metal Reviews. – 1980. – Vol. 25. – Iss. 1. – P. 223-231. 20. Cannelli G., Mazzolai F.M. Anelastic relaxation effects in cold-worked and hydrogen doped vanadium //J. Phys. Chem. Solids. – 1970. – Vol. 31. – Iss. 8. - P.1913–1919. 21. Bose, Arun C. Inorganic Membranes for Energy and Environmental Applications. New York: Springer-Verlag, 2009. - 320 p. 22. Fukai Y., Sugimoto H. Diffusion of hydrogen in metals //Advances in physics. -1985. - Vol. 34. – Iss. 2. - P. 263-326. - DOI:10.1080/00018738500101751. 23. Zh Qi, et al. Tritium diffusion in V, Nb and Ta //J. Phys. F: Met. Phys. 13. – 1983. – Vol. 13. – No. 10. – P. 2053-2062. 24. Lottner V., Haus J.W., Heim A. and Kehr K.W. //J.Phys.Chem.Solids, -1979. - Vol.40. - P.557 25. Freudenberg U., Volkl J. V., Bressers J., Alefeld G. Influence of impurities on the diffusion coefficient of hydrogen and deuterium in vanadium //Scripta Metallurgica. -1978. - Vol. 12. - P.165-167. 26. Schaumann G., Volkl J.V., Alefeld G. The diffusion coefficients of hydrogen and deuterium in vanadium, niobium and tantalum by Gorsky-effect measurements //Phys. Stat. -1970. - Vol. 42. -P.401. 27. Eguchi T., Morozumi S. The Metal-Hydrogen System //J. of the Japan Institute of Metals. - 1977. - Vol. 41. - P.795. 28. Freudenberg U., Volkl J. V., Bressers J., Alefeld G. Influence of impurities on the diffusion coefficient of hydrogen and deuterium in vanadium //Scripta Metallurgica. - 1978. - Vol. 12. - P.165-167. 29. Tanaka S., Kimura H. Solubility and Diffusion of Hydrogen in Vanadium and its alloys around room temperature //Trans. JIM. - 1978. - Vol. 20. - P.647. 30. Pine D.J., Cotts R.M Diffusion and electrotransport of hydrogen and deuterium in vanadium-titanium and vanadium-chromium alloys //Physical review B. - 1983. - Vol. 28. – Iss. 2. - P.641. 31. Pine D.J., Cotts R.M. Diffusion of hydrogen in vanadium-based BCC alloys // Electronic Structure and properties of hydrogen in metals. - New York: Plenum Press, 1983. - 465 p. 32. Peterson D.T., Herro H.M. Hydrogen and Deuterium Diffusion in vanadium-Titanium Alloys //Metallurgica Transactions A – 1987. - Vol. 18A. - P. 249. 33. Reiter F., Forcey K.S., Gerwasini A. A Compilation of Tritium-material Interactions Parameters in Fusion reactor materials // Commission of the European Communities, ISPRA. Joint research center report EUR 15217 EN. - 1993. - 54 p. 34. Peterson D.T., Nelson S.O. Isopiestic Solubility of Hydrogen in Vanadium Alloys at Low Temperatures //Metallurgical transactions. -1985. - Vol. 16 - P.367. 35. Pick M.A., Andrew P.L. Review of tritium retention in first wall materials //Joint European Torus Report, JET-P(93). -1993. - 93 P. 36. Oriani R.A. The diffusion and trapping of hydrogen in steel //Acta. Metall. -1970. - Vol. 18. - P. 147. 37. Kircheim R. Solubility, diffusivity and trapping of hydrogen in dilute alloys, deformed and amorphous metals – II //Acta metall. -1982. - Vol. 30. - P.1069-1078. 38. McLellan R.B., Yoshihara M. The diffusion of hydrogen in B.B.C. V-Ti solid solutions //J. Phys. Chem. Solids. -1987. - Vol. 48. - Iss. 7. - P. 661-665. 39. McLellan R.B. Hydrogen diffusion in V-Ti Solutions //Scripta metallurgica. - 1987. - Vol. 21. - P. 1263-1265. 40. Shirley A.I., Hall C.K. Trapping of Hydrogen by metallic Substitutional Impurities in niobium, Vanadium and Tantalum //Acta Metall. - 1984. - Vol. 32. – Iss. 1. - P.49-56. 41. Tanaka S., Kimura H. Solubility and Diffusion of Hydrogen in Vanadium and its alloys around room temperature //Trans. JIM. - 1979. - Vol. 20. - P.647. 42. Peterson D.T., Herro H.M. Hydrogen and Deuterium Diffusion in vanadium-Titanium Alloys //Metallurgica Transactions A. - 1987. - Vol. 18. - Iss. 2. - P. 249-254. 43. Anderl R.A., Longhurst G.R., Struttmann D.A. Permeation of Deuterium, Implanted into V-15Cr-5Ti //Journal of nuclear materials. - 1987. – Vol.145. - P. 344-347. 44. Kofstad P., Wallace W.E. Vapor pressure studies of the vanadium-hydrogen system and thermodynamics of formation of vanadium – hydrogen solid solutions //J.Am.Chem.soc. - 1959. – Vol. 81. - P. 5019-5022. 45. Eguchi T., Morozumi S. Influence of alloying elements on the solubility of hydrogen in vanadium //J. of the Japan Institute of Metals. - 1974. – Vol. 38. – Iss. 11. – P. 1025-1030. 46. Boes N., Zuchner H. Measurements of the solubility of hydrogen in vanadium, niobium and tantalum with a new electrochemical method //Berichte der Bunsen-Gesellechaft. - 1976. – Vol. 80. – Iss. 1. - P. 22-27. 47. Lynch J.F., Reilly J.J., Millot F. The absorption of hydrogen by binary vanadium- chromium alloys //J. Phys. Chem. Solids. - 1978. - Vol. 39. - P. 883-890. 48. Bleichert H., Wenzel H. Variable Solubility of the Hydrogen isotopes, Protium, Deuterium, Tritium in Vanadium //Phys. Stat. Sol. - 1987. B. – Vol. 144. – Iss. 1. – P. 361-373 49. И. Н. Бекман. Математика диффузии: учебное пособие. - Москва: ОнтоПринт, 2016. – 400 с.
Отрывок из работы

ГЛАВА 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 1.1 Предшествующие исследования Как известно металл способен поглощать водород при достаточно высоких значениях температуры и давления. При этом важно осуществить гидрирование и дегидрирование быстро и в разумных пределах температуры и давления. Скорость поглощения водорода при определенном значении температуры и давления зависит от термодинамических характеристик металла. Меняя размеры металла можно повлиять на его термодинамические характеристики. Первоначально была составлена общая картина относительно экспериментальных данных по параметрам взаимодействия изотопов водорода с ванадием и ванадиевыми сплавами. Как было уже сказано система V-H образует твердый раствор (альфа фазу) при температуре выше 200?C и при более низких температурах - альфа и бета моногидридные фазы. Для дейтерия критической температурой, при которой происходит выделение альфа фазы из области смешанных фаз, является 120?C. Фазовые диаграммы для водорода, дейтерия и трития сильно различаются. В работе [ ] показано, что растворимость водорода в ванадии является обратной функцией температуры. Т.е. ванадий является экзотермическим поглотителем водорода. Два классических источника свойств водорода в материалах – это монографии [ - ]. Их авторы отдают предпочтение значениям диффузии, численно полученным из эффекта Горского, так как экспериментально-полученные измерения не чувствительны к поверхностным эффектам. Взаимодействие газа с металлом для ванадия и ванадиевых сплавов изучалось Сведбергом [ ]. Он особо отметил работы Велескиса [16] по растворимости водорода и работы Гантелли [ ] по диффузии водорода. Подборка данных по проницаемости водорода в материалах была опубликована Стюартом в 1983 году [ ]. В этом отчете авторы отмечали, что поверхностная рекомбинация является контроллирующим процессом для ре-эмиссии водорода из ванадия. Более поздние данные по диффузии водорода в металлах приведены в работе Алефельда [17,18] со ссылкой на статью Фукаи [ ]. По транспортировке водорода в ванадии эти авторы рекомендуют данные Куи [ ], для температур < 200?C и Лоттнера [ ] для температур выше 200?C.
Не смогли найти подходящую работу?
Вы можете заказать учебную работу от 100 рублей у наших авторов.
Оформите заказ и авторы начнут откликаться уже через 5 мин!
Похожие работы
Служба поддержки сервиса
+7(499)346-70-08
Принимаем к оплате
Способы оплаты
© «Препод24»

Все права защищены

Разработка движка сайта

/slider/1.jpg /slider/2.jpg /slider/3.jpg /slider/4.jpg /slider/5.jpg