Development of a Methodology for Calculating the Stress State and Resource of a Hydrogen Generator Using the Finite Element Method
An experimental stand was created to study the thermobaric and chemical influence of hydrogen on the identification of hydrocarbon production. The said stand allows to reproduce chemical-technological processes as close as possible to real formation ones. This stand makes it possible to study the ki...
Gespeichert in:
| Datum: | 2022 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | English Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України
2022
|
| Online Zugang: | https://journals.uran.ua/jme/article/view/266926 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Energy Technologies & Resource Saving |
Institution
Energy Technologies & Resource Saving| id |
oai:ojs.journals.uran.ua:article-266926 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Energy Technologies & Resource Saving |
| baseUrl_str |
|
| datestamp_date |
2022-11-17T08:05:06Z |
| collection |
OJS |
| language |
English Ukrainian |
| format |
Article |
| author |
Гонтаровський, П. П. Сметанкіна, Н. В. Гармаш, Н. Г. Мележик, І. І. Протасова, Т. В. |
| spellingShingle |
Гонтаровський, П. П. Сметанкіна, Н. В. Гармаш, Н. Г. Мележик, І. І. Протасова, Т. В. Development of a Methodology for Calculating the Stress State and Resource of a Hydrogen Generator Using the Finite Element Method |
| author_facet |
Гонтаровський, П. П. Сметанкіна, Н. В. Гармаш, Н. Г. Мележик, І. І. Протасова, Т. В. |
| author_sort |
Гонтаровський, П. П. |
| title |
Development of a Methodology for Calculating the Stress State and Resource of a Hydrogen Generator Using the Finite Element Method |
| title_short |
Development of a Methodology for Calculating the Stress State and Resource of a Hydrogen Generator Using the Finite Element Method |
| title_full |
Development of a Methodology for Calculating the Stress State and Resource of a Hydrogen Generator Using the Finite Element Method |
| title_fullStr |
Development of a Methodology for Calculating the Stress State and Resource of a Hydrogen Generator Using the Finite Element Method |
| title_full_unstemmed |
Development of a Methodology for Calculating the Stress State and Resource of a Hydrogen Generator Using the Finite Element Method |
| title_sort |
development of a methodology for calculating the stress state and resource of a hydrogen generator using the finite element method |
| title_alt |
Розробка методики розрахунку напруженого стану і ресурсу генератора водню методом скінченних елементів Розробка методики розрахунку напруженого стану і ресурсу генератора водню методом скінченних елементів |
| description |
An experimental stand was created to study the thermobaric and chemical influence of hydrogen on the identification of hydrocarbon production. The said stand allows to reproduce chemical-technological processes as close as possible to real formation ones. This stand makes it possible to study the kinetics of not only hydrogen, thermobaric and chemical effects, but also other thermal gas chemical processes, including hydrogen generation. The main element of the experimental stand is a hydrogen generator, the components of which work at high pressures and temperatures under conditions of hydrogen embrittlement of mechanical properties and an aggressive environment that causes corrosion of its inner surface. Based on this, the development of a methodology for calculating the thermal stress state of the generator, its strength under hydrogen embrittlement conditions, and its resource becomes relevant. Based on the finite element method, a methodology for calculating non-stationary temperature fields and the thermal stress state that occur in the hydrogen generator during thermobaric and chemical processes of varying intensity is proposed. The methodology allows to take into account the features of the geometry of the structure, the time-varying temperature and pressure distributions of the reaction products, the temperature dependence of the thermophysical and mechanical properties of the hydrogen generator material. Thanks to the application of the developed software, a study of the hydrogen generator thermal stress state during two real thermobaric and chemical processes of different intensity was carried out. Graphs of temperature and pressure changes of the reaction products of hydroreactive substances in the generator over time, which were registered during the experiment conduction, were used. The distribution of non-stationary temperature fields and stresses in the hydrogen generator elements was obtained. Areas of maximum load of generator elements are defined. It was established that during the flow of the studied thermobaric and chemical processes, pressure makes a greater contribution to the thermal stress state. The obtained results and the developed theory and software can be used in the study of generators of other designs with other thermobaric and chemical processes occurring in them. |
| publisher |
Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України |
| publishDate |
2022 |
| url |
https://journals.uran.ua/jme/article/view/266926 |
| work_keys_str_mv |
AT gontarovsʹkijpp developmentofamethodologyforcalculatingthestressstateandresourceofahydrogengeneratorusingthefiniteelementmethod AT smetankínanv developmentofamethodologyforcalculatingthestressstateandresourceofahydrogengeneratorusingthefiniteelementmethod AT garmašng developmentofamethodologyforcalculatingthestressstateandresourceofahydrogengeneratorusingthefiniteelementmethod AT meležikíí developmentofamethodologyforcalculatingthestressstateandresourceofahydrogengeneratorusingthefiniteelementmethod AT protasovatv developmentofamethodologyforcalculatingthestressstateandresourceofahydrogengeneratorusingthefiniteelementmethod AT gontarovsʹkijpp rozrobkametodikirozrahunkunapruženogostanuíresursugeneratoravodnûmetodomskínčennihelementív AT smetankínanv rozrobkametodikirozrahunkunapruženogostanuíresursugeneratoravodnûmetodomskínčennihelementív AT garmašng rozrobkametodikirozrahunkunapruženogostanuíresursugeneratoravodnûmetodomskínčennihelementív AT meležikíí rozrobkametodikirozrahunkunapruženogostanuíresursugeneratoravodnûmetodomskínčennihelementív AT protasovatv rozrobkametodikirozrahunkunapruženogostanuíresursugeneratoravodnûmetodomskínčennihelementív |
| first_indexed |
2025-07-17T12:02:44Z |
| last_indexed |
2025-07-17T12:02:44Z |
| _version_ |
1850411825294737408 |
| spelling |
oai:ojs.journals.uran.ua:article-2669262022-11-17T08:05:06Z Development of a Methodology for Calculating the Stress State and Resource of a Hydrogen Generator Using the Finite Element Method Розробка методики розрахунку напруженого стану і ресурсу генератора водню методом скінченних елементів Розробка методики розрахунку напруженого стану і ресурсу генератора водню методом скінченних елементів Гонтаровський, П. П. Сметанкіна, Н. В. Гармаш, Н. Г. Мележик, І. І. Протасова, Т. В. An experimental stand was created to study the thermobaric and chemical influence of hydrogen on the identification of hydrocarbon production. The said stand allows to reproduce chemical-technological processes as close as possible to real formation ones. This stand makes it possible to study the kinetics of not only hydrogen, thermobaric and chemical effects, but also other thermal gas chemical processes, including hydrogen generation. The main element of the experimental stand is a hydrogen generator, the components of which work at high pressures and temperatures under conditions of hydrogen embrittlement of mechanical properties and an aggressive environment that causes corrosion of its inner surface. Based on this, the development of a methodology for calculating the thermal stress state of the generator, its strength under hydrogen embrittlement conditions, and its resource becomes relevant. Based on the finite element method, a methodology for calculating non-stationary temperature fields and the thermal stress state that occur in the hydrogen generator during thermobaric and chemical processes of varying intensity is proposed. The methodology allows to take into account the features of the geometry of the structure, the time-varying temperature and pressure distributions of the reaction products, the temperature dependence of the thermophysical and mechanical properties of the hydrogen generator material. Thanks to the application of the developed software, a study of the hydrogen generator thermal stress state during two real thermobaric and chemical processes of different intensity was carried out. Graphs of temperature and pressure changes of the reaction products of hydroreactive substances in the generator over time, which were registered during the experiment conduction, were used. The distribution of non-stationary temperature fields and stresses in the hydrogen generator elements was obtained. Areas of maximum load of generator elements are defined. It was established that during the flow of the studied thermobaric and chemical processes, pressure makes a greater contribution to the thermal stress state. The obtained results and the developed theory and software can be used in the study of generators of other designs with other thermobaric and chemical processes occurring in them. Для дослідження водневого термобарохімічного впливу на ідентифікацію видобутку вуглеводнів створено експериментальний комплекс, який дає змогу відтворити хіміко-технологічні процеси, максимально наближені до реальних пластових. Цей комплекс дозволяє досліджувати кінетику протікання не лише водневого і термобарохімічного впливу, а й інших термогазохімічних процесів, у тому числі з генеруванням водню. Головним елементом експериментального комплексу є генератор водню, складові якого працюють при високих тисках і температурах в умовах водневого окрихчування механічних властивостей і агресивного середовища, що породжує корозію його внутрішньої поверхні. Виходячи з цього набуває актуальності розробка методики розрахунку термонапруженого стану генератора, його міцності в умовах водневого окрихчування й ресурсу. На основі методу скінченних елементів запропоновано методику розрахунку нестаціонарних температурних полів і термонапруженого стану, що мають місце в генераторі водню при протіканні термобарохімічних процесів різної інтенсивності. Методика дозволяє враховувати особливості геометрії конструкції, змінні за часом розподіли температур і тиску продуктів реакції, залежність від температури теплофізичних і механічних властивостей матеріалу генератора водню. Завдяки застосуванню розробленого програмного забезпечення проведено дослідження термонапруженого стану генератора водню при протіканні двох реальних термобарохімічних процесів різної інтенсивності. Використано графіки зміни за часом температур і тиску продуктів реакції гідрореагуючих речовин у генераторі, які було зареєстровано при протіканні експерименту. Отримано розподіл нестаціонарних температурних полів і напружень в елементах генератора водню. Визначено області максимального навантаження елементів генератора. Установлено, що при протіканні досліджених термобарохімічних процесів більший внесок у термонапружений стан дає тиск. Одержані результати й розроблені методичне і програмне забезпечення можуть використовуватися при дослідженні генераторів інших конструкцій з іншими термобарохімічними процесами, що протікають у них. Для дослідження водневого термобарохімічного впливу на ідентифікацію видобутку вуглеводнів створено експериментальний комплекс, який дає змогу відтворити хіміко-технологічні процеси, максимально наближені до реальних пластових. Цей комплекс дозволяє досліджувати кінетику протікання не лише водневого і термобарохімічного впливу, а й інших термогазохімічних процесів, у тому числі з генеруванням водню. Головним елементом експериментального комплексу є генератор водню, складові якого працюють при високих тисках і температурах в умовах водневого окрихчування механічних властивостей і агресивного середовища, що породжує корозію його внутрішньої поверхні. Виходячи з цього набуває актуальності розробка методики розрахунку термонапруженого стану генератора, його міцності в умовах водневого окрихчування й ресурсу. На основі методу скінченних елементів запропоновано методику розрахунку нестаціонарних температурних полів і термонапруженого стану, що мають місце в генераторі водню при протіканні термобарохімічних процесів різної інтенсивності. Методика дозволяє враховувати особливості геометрії конструкції, змінні за часом розподіли температур і тиску продуктів реакції, залежність від температури теплофізичних і механічних властивостей матеріалу генератора водню. Завдяки застосуванню розробленого програмного забезпечення проведено дослідження термонапруженого стану генератора водню при протіканні двох реальних термобарохімічних процесів різної інтенсивності. Використано графіки зміни за часом температур і тиску продуктів реакції гідрореагуючих речовин у генераторі, які було зареєстровано при протіканні експерименту. Отримано розподіл нестаціонарних температурних полів і напружень в елементах генератора водню. Визначено області максимального навантаження елементів генератора. Установлено, що при протіканні досліджених термобарохімічних процесів більший внесок у термонапружений стан дає тиск. Одержані результати й розроблені методичне і програмне забезпечення можуть використовуватися при дослідженні генераторів інших конструкцій з іншими термобарохімічними процесами, що протікають у них. Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України 2022-11-17 Article Article application/pdf application/pdf https://journals.uran.ua/jme/article/view/266926 Journal of Mechanical Engineering; Vol. 25 No. 3 (2022); 29-39 Проблемы машиностроения; Том 25 № 3 (2022); 29-39 Проблеми машинобудування; Том 25 № 3 (2022); 29-39 2709-2992 2709-2984 en uk https://journals.uran.ua/jme/article/view/266926/263154 https://journals.uran.ua/jme/article/view/266926/263155 Copyright (c) 2022 П. П. Гонтаровський, Н. В. Сметанкіна, Н. Г. Гармаш, І. І. Мележик, Т. В. Протасова http://creativecommons.org/licenses/by-nd/4.0 |