Влияние температуры окружающего воздуха на рост давления в автомобильных баллонах с метаном


Аннотация:

При использовании в автомобильных двигателях в качестве горючего компримированного природного газа существует потенциальная опасность повышения давления этого газа в предварительно заполненных до регламентированного рабочего давления баллонах. Такое повышение давления вызвано увеличением температуры окружающего воздуха по сравнению с температурой компримированного природного газа, соответствующей завершению процесса заполнения. Если после заполнения баллона перед расходованием метана предстоит достаточно длительная пауза, в течение которой температура окружающего воздуха возрастает, то давление в баллоне может превысить допустимое эксплуатационное значение, вызвать сокращение остаточного ресурса и в итоге привести к разрушению баллона с последующим возгоранием компримированного природного газа.
Для получения количественных оценок возможного повышения давления компримированного природного газа в автомобильном баллоне, вызванного увеличением температуры окружающего воздуха, необходимо использование современных методов математического моделирования. Достоверность таких оценок, характеризующих допустимые температурные режимы эксплуатации заполненных автомобильных баллонов с компримированным природным газом, определяется адекватностью математической модели, описывающей тепловые процессы в типовых баллонах с компримированным природным газом при их заполнении и последующем хранении. Одним из основных элементов такой модели является достаточно хорошо совпадающая с экспериментальными данными зависимость между основными параметрами, характеризующими состояние компримированного природного газа в баллоне. В качестве таких параметров для любого газа обычно используют его давление, температуру и плотность, связанные уравнением состояния данного газа.
При построении математической модели использован вариант уравнения состояния метана, составляющего основную часть обычно применяемого на автомобильном транспорте компримированного природного газа. Этот вариант устанавливает зависимость между давлением, температурой и плотностью метана, подтверждаемую экспериментально с точностью до десятых долей процента. Использованные при количественном анализе модели зависимости теплоемкости, вязкости, теплопроводности и объемного расширения метана от его температуры и плотности также достаточно хорошо согласуются с экспериментальными данными.

С.Ю. Белоусова, вед. инженер Я.Г. Осадчий, д-р техн. наук, ген. директор ЗАО НПП «Маштест», Москва, Россия В.С. Зарубин, д-р техн. наук, проф., zarubin@bmstu.ru МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, Россия В.М. Фрум, ген. директор ООО «НПФ «Реал-Шторм», Ижевск, Россия


Подпишитесь чтобы читать статьи полностью

Год за

16 848 р.

Подписаться
Подписка - это:
  • Возможность читать полные тексты статей за последние 3 года (недоступны без подписки)
  • Свежий номер до его печатного издания
  • Удобное чтение с любого типа устройств (Компьютеры, планшеты, смартфоны)
Список литературы:

1. ГОСТ Р 51753—2001. Баллоны высокого давления для сжатого природного газа, используемого в качестве моторного топлива на автомобильных транспортных средствах. Общие технические условия. URL: http://docs.cntd.ru/document/1200012999 (дата обращения: 04.05.2018).
2. РД 03112194-1095—03. Руководство по организации эксплуатации газобаллонных автомобилей, работающих на компримированном природном газе. URL: http://docs.cntd.ru/document/1200034846 (дата обращения: 04.05.2018).
3. Алиев А.В., Мищенкова О.В. Математическое моделирование в технике. — Москва–Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2012. — 476 с.
4. Зарубин В.С. Моделирование. — М.: Издательский центр «Академия», 2013. — 336 с.
5. Викторова В.С., Степанянц А.С. Модели и методы расчета надежности технических систем. — М.: Ленанд, 2016. — 256 с.
6. Физический энциклопедический словарь/ гл. ред. А.М. Прохоров. — М.: Советская энциклопедия, 1983. — 928 с.
7. Справочник по физико-техническим основам криогеники/ под ред. М.П. Малкова. — М.: Энергоатомиздат, 1985. — 432 с.
8. Физические величины: справочник/ под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. — М.: Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с.
9. Альтернативные топлива для двигателей внутреннего сгорания/ под общ. ред. А.А. Александрова, В.А. Маркова. — М.: ООО НИЦ «Инженер», ООО «Онико-М», 2012. — 790 c.
10. Setzmann U., Wagner W. A new equation of state and tables of thermodynamic properties for methane covering the range from melting line to 625 K at pressures up to 100 MPa// Journal of Physical and Chemical Reference Data. — 1991. — Vol. 20. — № 6. — P. 1061–1155.
11. Белоусова С.Ю., Зарубин В.С., Осадчий Я.Г. Математическая модель тепловых процессов в автомобильных баллонах с метаном// Транспорт на альтернативном топливе. — 2014. — № 4. — С. 5–13.
12. Accurate p—p—T Data for Methane from (300 to 450) K up to 180 Mpa/ D.E. Cristancho, I.D. Mantilla, S. Ejaz, K.R. Hall// Journal Chemical and Engineering Data. — 2010. — Vol. 55. — № 2. — P. 826–829. DOI: 10.1021/je9004849
13. Zhu X., Zhao Ya-Pu. Atomic Mechanisms and Equation of State of Methane Adsorption in Carbon Nanopores// Journal of Physical Chemistry C. — 2014. — Vol. 118. — № 31. — P. 17737–17744. DOI: 10.1021/jp5047003
14. Tibaduiza A., Cristancho D.E., Ramirez H.A. Accurate p—p—T Data for a Synthetic Residual Natural Gas Mixture (0.95 CH4 + 0.04 C2H6 + 0.01 C3H8) at Temperatures between (135 and 500) K at Pressures to 200 Mpa// Journal Chemical and Engineering Data. — 2016. — Vol. 61. — № 8. — P. 2771–2781. DOI: 10.1021/acs.jced.6b00137
15. Ahmadi P., Chapoy A., Tohidi B. Density, speed of sound and derived thermodynamic properties of a synthetic natural gas// Journal of Natural Gas Science and Engineering. — 2017. — Vol. 40. — № 2. — P. 249–266.
16. Тепловые процессы в автомобильных баллонах с метаном при заполнении и опорожнении/ С.Ю. Белоусова, Е.Н. Крылов, Я.Г. Осадчий и др.// Безопасность труда в промышленности. — 2017. — № 4. — С. 68–77. DOI: 10.24000/0409-2961-2017-4-68-77
17. Теория тепломассообмена/ под ред. А.И. Леонтьева. — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1997. — 683 с.

Журнал входит в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней кандидата и доктора наук, сформированный ВАК Минобрнауки России. Публикуются статьи по следующим отраслям и группам научных специальностей: 01.04.00 — физика; 05.26.00 — безопасность деятельности человека; 02.00.00 — химические науки.

Журнал включен в Российский индекс научного цитирования (РИНЦ) и в международные базы данных: Scopus, Chemical Abstracts Service (CAS), EBSCO Publishing, Ulrich's Periodicals Directory.

подробнее