Теоретичні і експериментальні шляхи створення систем зберігання і подання водню на основі твердих речовин для двигунових та енергетичних установок літальних апаратів

Размещено на http://www.allbest.ru

Міністерство освіти і науки України

Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського

“Харківський авіаційний інститут”

05.07.05 - Двигуни та енергоустановки літальних апаратів

Теоретичні і експериментальні шляхи створення систем зберігання і подання водню на основі твердих речовин для двигунових та енергетичних установок літальних апаратів

Кривцова Валентина Іванівна

Харків - 2001

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Інституті проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного Національної академії наук України та в Академії пожежної безпеки України Міністерства внутрішніх справ України.

Науковий консультант - доктор технічних наук, професор Абрамов Юрій Олексійович, Академія пожежної безпеки України Міністерства внутрішніх справ України, проректор з наукової роботи

Офіційні опоненти:

- доктор технічних наук, професор Коваленко Микола Дмитрович, Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Національного космічного агентства України, завідуючий відділом термогазодинаміки двигунових установок;

доктор технічних наук, професор Приходько Іван Михайлович, Харківський військовий університет Міністерства оборони України, професор кафедри № 52;

доктор технічних наук, професор Габринець Володимир Олексійович, Дніпропетровський національний університет Міністерства освіти і науки України, професор кафедри двигунобудування.

Провідна установа

Державне конструкторське бюро “Південне” ім. М.К. Янгеля Національного космічного агентства України, м. Дніпропетровськ

Захист відбудеться 2 листопада 2001 р. о 14 годині на засіданні

спеціалізованої вченої ради Д 64.062.02 в Національному аерокосмічному університеті ім. М.Є. Жуковського “Харківський авіаційний інститут” за адресою: 61070, м. Харків, вул. Чкалова, 17, ауд. № 307.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського “Харківський авіаційний інститут” за адресою: 61070, м. Харків, вул. Чкалова, 17.

Автореферат розісланий 01.10.2001 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Крашаниця Ю.О.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Водень є одним із висококалорійних палив, споживання якого в силу унікальних теплофізичних властивостей неухильно зростає. Особливе значення набуває його використання в бортових енергоустановках, зокрема у двигунових і енергетичних установках літальних апаратів (ЛА). Однак ефективність використання водню визначається не тільки його теплофізичними властивостями, але й характеристиками системи його збереження і подачі (СЗП). Застосування на борту ЛА СЗП водню, що використовуються у наземних умовах, є не завжди ефективним унаслідок їх незадовільних масогабаритних та експлуатаційних характеристик. Особливо ці недоліки виявляються при використанні водню в тривало функціонуючих двигунових і енергетичних (ДУ і ЕУ) установках ЛА. У зв'язку з цим для тривало функціонуючих ДУ і ЕУ ЛА актуальним є збереження водню у твердих хімічних з'єднаннях, зокрема у формі гідридів металів та інтерметалідів. Вперше дослідження з розробок СЗП водню такого типу почали здійснюватися співробітниками ІПМаш НАН України під керівництвом А.М. Підгорного і І.Л. Варшавського за участю В.В. Солов'я, П.М. Канила, А.І. Міщенка, В.В. Балибердіна, Б.О. Трошенькіна, О.О. Макарова та ін.

Стосовно створення металогідридних установок на основі оборотних гідридів інтерметалідів необхідно відзначити роботи В.В. Солов'я, Р.А. Андрі-євського, В.А. Поповича, О.І. Іванівського, Ю.Ф. Шмалька, Б.Г. Тимошевського, С.Ю. Білякова, Н.Г. Лебедя, Г.Ф. Романовського та ін.

Роботи Б.О. Трошенькіна, О.Ю. Калекіна, К.Г. Щербіни та ін. дозволили оцінити існуючий рівень розробки генераторів водню з використанням речовин, що реагують з водою.

Ряд задач, пов'язаних з процесом самопоширюваного високотемпературного синтезу інтерметалідів, вирішено А.Г. Мержановим, В.І. Ітіним, І.П. Боровинською, Ю.С. Найбороденко, а також О.В. Лапшиним, В.Е. Овчаренко, К.Г. Шкадинським і А.Г. Струніною.

Використання СЗП водню в автомобілях розглядалося в роботах А.І. Міщенка, О.В. Білогуба, П.М. Канила.

Однак наведені відомості про СЗП водню з використанням твердих речовин при досить високому науковому рівні та глибині окремих рішень мають частковий характер і не дозволяють робити висновок про ефективність їхнього використання в ДУ і ЕУ ЛА, а закордонні публікації мають досить оглядний характер.

Таким чином, створення ефективних СЗП водню на основі твердих речовин для ДУ і ЕУ ЛА актуально і дозволить розв'язати проблему використання водню в тривало функціонуючих бортових воднеспоживаючих ЕС. Особливістю створення таких СЗП є те, що вони повинні мати мінімальні масогабаритні характеристики і енергоспоживання при практично необмеженому часі збереження вихідної речовини.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалася згідно з планами НДР ІПМаш НАН України відповідно до Всесоюзної програми вирішення науково-технічної проблеми 0.85.03 "Розробити і впровадити в народне господарство ефективні методи і апарати захисту атмосферного повітря від забруднень шкідливими речовинами" на 1986 - 1990 рр. (завдання 03.05.І5: "Провести приймальні випробування дослідних металогідридних установок для збереження, очищення, стиснення і подачі водню"); Координаційним планом науково-дослідних робіт з проблеми "Воднева енергетика і технологія" АН СРСР на 1986-1990 рр. (1.9.7.2.2.3 "Дослідження і розробка системи збереження і транспортування водню на основі інтерметалідних з'єднань для різних областей техніки", 1.9.7.3.2.5 "Дослідження і розробка методів, процесів і схем використання водне гідридних систем для вирішення задач енергетики, створення дослідних зразків енергоустановок і систем акумулювання і регенерації тепла"); НДР № 01870093010-89 "Розробка технології одержання гідрореагуючих швидкореагуючих з'єднань (ГРС) і принципових схем генераторів водню та видача рекомендацій щодо їхнього промислового використання"; контрактом № 8-4-13/13/93/10-94 "Розробка електротермічних двигунів і енергоустановок КА з металогідридними системами збереження і подачі водню" із Національним космічним агентством України в рамках розділу Національної космічної програми України "Робот - 3" ; постанов ОФТП АН України №8, п. 54 від 03.12.90 і № 2 п. 9 від 05.03.96, спрямованих на розробку наукових основ, методів і засобів підвищення ефективності енергоустановок на основі використання альтернативних енергоносіїв і нетрадиційних джерел енергії; постанов ДКНТ України № 5 від 28.02.92 і № 62 від 01.04.94, спрямованих на розробку і створення зразків металогідридних водневих акумуляторів водню для автономних енергоустановок потужністю до 50 кВт, що використовують поновлювані енергоресурси.

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є теоретичне і експериментальне обгрунтування шляхів створення систем збереження і подачі водню на основі твердих речовин для ДУ і ЕУ тривало функціонуючих ЛА. Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі задачі:

провести аналіз джерел інформації стосовно бортових систем збереження та подачі водню з урахуванням їх потенційних можливостей для використання в тривало функціонуючих ЕУ;

виявити рівень вивченості процесів, які відбуваються у СЗП водню, що знаходиться в зв'язаному стані, і обгрунтувати перспективні напрямки організації цих процесів для підвищення ефективності тривало функціонуючих ДУ і ЕУ ЛА;

теоретичним і експериментальним шляхами визначити комплекс термодинамічних, кінетичних, фізико-хімічних та інших характеристик і параметрів різних процесів генерації водню в СЗП на основі твердих речовин, що містять водень, орієнтованих на тривале функціонування в ДУ і ЕУ ЛА;

розробити математичні моделі, що описують процеси одержання водню в СЗП із різною організацією цих процесів;

розробити узагальнені математичні моделі, що визначають властивості генераторів водню в перехідних режимах їхньої роботи;

синтезувати узагальнені структурні схеми СЗП водню для ДУ і ЕУ тривало функціонуючих ЛА;

розробити рекомендації щодо використання СЗП водню на основі твердих водневмістних речовин для ДУ і ЕУ ЛА.

Об'єктом дослідження є СЗП водню для бортових ЕУ та закономірності, пов'язані з організацією процесів генерації водню.

Предметом дослідження є СЗП водню на основі гідридів металів і інтерметалідів, методи виділення водню з них, їх характеристики і параметри, а також особливості, пов'язані з використанням СЗП водню в ДУ і ЕУ ЛА.

Методи дослідження. При вирішенні сформульованої наукової проблеми використовувалися: методи термодинамічного аналізу, методи стехіометричного, газохроматографічного, маспектрометричного, рентгенометричного, хімічного та кондуктометричного аналізу, математичного аналізу, теорії диференціальних рівнянь у часткових похідних, теорії автоматичного управління, методи імітаційного моделювання і теорії планування експерименту, методи оптимізації, методи структурного аналізу великих систем, теорії надійності, методи математичної статистики і т. ін.

Наукова новизна одержаних результатів. У результаті проведених досліджень вирішено актуальну наукову проблему створення СЗП водню на основі твердих речовин для ДУ і ЕУ ЛА, орієнтованих на тривале функціонування, і отримано такі нові наукові результати:

обгрунтовано шляхи підвищення ефективності ДУ і ЕУ ЛА, що базуються на використанні СЗП водню на основі твердих речовин; вперше запропоновано метод виділення водню з гідридів металів, що грунтується на використанні самопоширюваного високотемпературного синтезу інтерметалідів; вперше вивчено закономірності виділення водню з гідридів металів, основним з яких є те, що генерація водню в СЗП можлива за рахунок використання внутрішньої енергії процесу утворення інтерметалідів;

вперше експериментальним шляхом вирішено задачу ідентифікації закону, що визначає швидкість генерації водню в умовах самопоширюваного високотемпературного синтезу;

узагальнено теоретичні і експериментальні дані про закономірності, що визначають процеси генерації водню в СЗП на основі оборотних гідридів інтерметалідів відповідно можливості їхнього використання для ДУ і ЕУ ЛА;

експериментальним шляхом вирішено задачу ідентифікації закону, що визначає швидкість генерації водню в СЗП на основі оборотних гідридів інтерметалідів;

вперше експериментальним шляхом виявлено механізм процесів генерації водню в СЗП із використанням ГРС; на основі фундаментального принципу максимуму ентропії в сполученні з методами імітаційного моделювання і теорії планування експерименту отримано математичні моделі, що описують процеси генерації водню;

доведено ідентичність процесів взаємодії ГРС із водою в СЗП водню з хімічним і фізичним процесами кипіння рідини, що відкриває можливість використання математичного опису цих процесів у критеріальній формі;

вперше визначено кількісну залежність швидкості генерації водню в СЗП на основі ГРС від тиску;

визначено параметри генераторів водню, що базуються на використанні реакцій гідролізу, при яких забезпечується максимальний вихід водню;

синтезовано структурні схеми СЗП водню для різних способів його одержання і визначено потенційні характеристики і параметри цих схем стосовно іх використання в ДУ і ЕУ ЛА;

вперше з використанням методу "нульвимірної" балістики отримано узагальнені математичні моделі, що визначають властивості генераторів водню для різних методів його одержання в перехідних режимах їхньої роботи і орієнтованих на функціонування в складі СЗП ДУ і ЕУ ЛА, а також запропоновано спрощені аналітичні залежності для оцінки швидкодії СЗП різного типу;

розроблено рекомендації щодо вибору і використання СЗП водню в ДУ і ЕУ ЛА.

Практичне значення отриманих результатів. Розроблені методи одержання водню, а також комплекс математичних моделей, що описують процеси його генерації, у сукупності із системотехнічними рішеннями, є теоретичною базою для синтезу СЗП водню, орієнтованих на їх використання в ДУ і ЕУ тривало функціонуючих ЛА. Оригінальні методи одержання водню і технічні рішення щодо їх реалізації захищені авторськими свідоцтвами СРСР і патентами України і Росії на винаходи.

Застосування СЗП водню з використанням твердих речовин цілком знімає пов'язані з умовами збереження водню обмеження на час функціонування ЕС ЛА.

Практичні рекомендації і зразки металогідридної техніки впроваджено в дослідно-конструкторських і конструкторських розробках: ДКБ "Південне" - при створенні РД нового покоління; в ВАО "Хартрон" - при створенні космічного апарата багатоцільового призначення "Буран"; ДержНДІ ТБХП - при створенні нових палив і забезпеченні техніки безпеки при роботі з ними; у ХВУ - у навчальному процесі (дисципліна - "Ракетні двигуни"). Результати досліджень впроваджені в практику конструювання металогідридних систем у СКТБ ІПМаш НАН України.

Результати досліджень можуть бути також поширені на бортові СЗП об'єктів різного призначення (автомобільний транспорт, морський і річковий транспорт, аварійно-рятувальні морські комплекси, що функціонують в автономному режимі).

Особистий внесок здобувача. При особистій участі автора розроблено універсальну експериментальну установку для дослідження процесів генерації водню на основі гідролізу як у нормальних умовах, так і в умовах підвищеного тиску [2, 11]. Розроблено і створено експериментальні стенди для дослідження процесів генерації водню з використанням самопоширюваного високотемпературного синтезу.

Особисто автором визначено термодинамічні, внутрішні і кінетичні характеристики процесу генерації водню з використанням гідрореагуючих речовин [8, 12, 20].

Безпосередньо автором за участю В.Б. Поди, Д.В. Кузьміна вирішувалися питання, пов'язані з реалізацією процесу генерації водню із застосуванням реакції гідролізу на практиці [ 9, 18].

Автором разом з В.В. Солов'єм і Ю.О.Абрамовим узагальнено теплофізичні і термодинамічні характеристики акумуляторів водню на основі оборотних гідридів інтерметалідів і одержано їхні значення стосовно бортових систем збереження [3,13,15,16,23,31].

Автором разом з А.М. Підгорним і В.В. Солов'єм запропоновано новий метод одержання водню з гідридів із використанням самопоширюваного високотемпературного синтезу інтерметалідів [41,42]. Автором разом з В.В. Солов'єм теоретичним і експериментальним методами визначено кінетичні характеристики процесу генерації водню із використанням самопоширюваного високотемпературного синтезу [34]. В одержанні чисельних результатів і оцінок, пов'язаних із реалізацією процесів генерації водню на практиці, брали участь М.І. Кошкин, В.Л. Джеппа, М.В. Бєлан, А.В. Бастєєв і ін. [5,25].

Концептуальні питання стосовно методів одержання водню та їх апаратурної реалізації при розробці винаходів [36-45] належать автору. Крім того, автору належить обгрунтування суті винаходів та їхньої ефективності.

Автором разом з Ю.О. Абрамовим розроблено математичні моделі, що описують перехідні режими роботи газогенераторів різного типу [22,26-29,32], і визначено рівень їхній пожежовибухонебезпечності [21,30,35].

Обгрунтування вибору СЗП водню для ДУ і ЕУ ЛА належить автору [14,17,24,33,]. Федорович О.Є. брав участь в одержанні кількісних показників.

Автору належить обгрунтування використання СЗП різного типу водню в ендотермічних аеростатах [1].

Апробація роботи. Основні результати роботи обговорювалися на: Міжнародній конференції "Тепломасообмін - 88", м. Мінськ, 1988 р.; V Всесоюзній конференції "Реактор -10", м.Тольятті, 1989 р.; Х симпозіумі щодо горіння та вибуху, п. Черноголовка, 1992 р.; IV Українсько - російсько - китайському симпозіумі космічної науки і техніки, м. Київ, 1996 р.; Міжнародній конференції "Новітні процеси і матеріали в порошковій металургії", м. Київ, 1997 р.; ХIV Всеросійській науково-практичній конференції, м. Москва, 1997 р.; III науково - практичній конференції "Пожежна безпека", м. Київ, 1997 р.; Міжнародній науковій конференції "Нетрадиційні джерела, передавальні системи та перетворювачі енергії", м. Харків, 1997 р.; III Українській науковій конференції "Горіння, балістика, механіка співударів", м. Шостка, 1997 р.; Міжнародному семінарі - нараді "Теплові труби, теплові насоси, двофазні системи терморегулювання в спеціальній техніці", п. Рибальське, 1998 р.; Науково - практичній конференції на честь 70 - річчя ХІПБ МВС України "Проблеми і перспективи забезпечення пожежної безпеки в Україні", м. Харків, 1998 р.; The Fifth Сhino-russian Symposium on Space Science and Technology/ The First International forum on Astronautics and Aeronautics, Harbin Institute of Technology, Harbin, P. R. China, 2000; Hydrogen Power - Theoretical and Engineering Solutions International Sysposium, Stralsund - Germany, 2001; VI Міжнародній конференції "Гідроаеромеханіка в інженерній практиці", м. Харків, 2001 р.

Публікації. За темою дисертації опубліковано: 1 монографія, 34 наукові статті, із них 31 - опубліковані у виданнях, що входять до Переліку ВАК України, 10 авторських свідоцтв і патентів на винаходи і 14 тез доповідей на наукових симпозіумах і конференціях.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається зі вступу, основної частині з 6 розділів, висновків, списку 346 використаних джерел, 5 додатків, містить 420 сторінок, у тому числі 298 сторінки основного тексту, 120 рисунків, 31 таблицю, 30 сторінок додатків.

ОСНОВНА ЧАСТИНА

У першому розділі наведено аналіз використання водню і його СЗП для ДУ і ЕУ ЛА.

Застосування нетрадиційних джерел енергії є одним із шляхів підвищення економічної, технологічної та екологічної ефективності ЕС ЛА. Завдяки унікальним теплофізичним властивостям водень є одним із найбільш висококалорійних палив, енергоємним теплоносієм і робочою речовиною ЕС. Перспективними напрямками застосування водню в ЕС ЛА є: використання водню як основного, додаткового і профілактичного палива, як первинного джерела енергії у різного типу перетворювачах (наприклад, електрохімічних генераторах), як РТ в системах охолодження теплонапружених елементів і агрегатів ЕС ЛА, а також використання в системах утилізації вторинної теплоти. Ефективність використання водню як робочого тіла зростає зі збільшенням повного імпульсу тяги ДУ (рис.1).

Однією з особливостей використання водню в ДУ ЛА є можливість реалізації переваг його перебування в активованому стані, ефективність якого може оцінюватися такими показниками, як зниження витрат палива і токсичності газів, що відпрацювали, поліпшення процесу сумішоутворення і горіння, а також збільшення питомого імпульсу тяги ДУ.

Однак при видимій привабливості застосування водню існує ряд проблем, пов'язаних з його збереженням. Високі питомі характеристики водню самі по собі не завжди визначають ефективність його використання, і оцінку цього параметра необхідно здійснювати з урахуванням комплексного аналізу, при якому враховуються як характеристики водню, так і можливості його СЗП. Залежно від задач, виконуваних ЕС, і умов функціонування ЛА способи збереження і виділення водню можуть бути різними. Особливостями СЗП водню, що використовуються на борту тривало функціонуючих ЛА, є жорсткі обмеження щодо способів збереження водню, масогабаритних характеристик та енерговитратах на його виділення. Крім того, необхідно враховувати їхню швидкодію, рівень пожежовибухонебезпеки, стан розробки тощо.

Найбільш вивченими і широко використовуваними є газобалонні та кріогенні СЗП водню. Одним з основних недоліків, що обмежує застосування газобалонних СЗП на борту тривало функціонуючих ЛА, є те, що зі збільшенням повного імпульсу тяги ДУ габаритні розміри та маса балонів для утримання необхідної кількості водню різко збільшуються.

Крім того, фізико-хімічні властивості металів, із яких виготовляються балони, під впливом водню, високого тиску та космічного випромінювання можуть перетерпіти структурні зміни і зменшити механічну міцність системи.

Збереження водню в рідинний формі є найбільш прийнятним при обмеженому часі функціонування, тому що підтримка водню в рідинному стані вимагає значних енергетичних витрат.

Найбільш перспективними для тривало функціонуючих ЛА є СЗП водню в зв'язаному стані. СЗП водню на основі рідинних водневмісних речовин, таких як гідразин, метанол, аміак, рідинний вуглеводень тощо, добре вивчені, їхні властивості і характеристики досить широко описані в літературі. Принцип дії СЗП даного типу грунтується на випарюванні рідинних водневмісних речовин і подальшому каталітичному розкладанні отриманих парів на водневмісну газоподібну суміш, яку при необхідності розділяють. Реакції розкладання даного типу є ендотермічними і вимагають підведення теплоти. Ще одним недоліком, характерним для газогенераторів такого типу, є низька довговічність каталізаторів.

Збереження водню на основі газарів, гідратів, клатратів, вуглецевих мікросфер і мікротрубок (нанотрубки і фулерени) перебуває у стадії дослідження і говорити про їхнє використання взагалі і, зокрема, як бортових СЗП водню, досить важко.

Акумулювання водню в твердих гідридах металів та інтерметалідів є найбільш привабливим способом тривалого збереження в порівнянні з традиційним. Основними методами, що використовуються для одержання водню з гідридів, є: термічне розкладання, реакції заміщення і реакції гідролізу. Незважаючи на кількість публікацій, присвячених розробкам нових твердих водневмісних речовин і способам одержання з них водню, вони мають частковий характер, спрямований на розгляд процесу одержання водню в конкретних енергоустановках, що використовуються у наземних умовах, де вимоги до СЗП зовсім іншого роду, ніж до бортових автономних СЗП. При узагальненні досвіду створення СЗП водню на основі твердих речовин визначено, що при їхній розробці відсутнє обґрунтування на користь використання того чи іншого методу одержання водню для таких систем. До числа найбільш перспективних методів одержання водню з метою їх наступної реалізації в бортових СЗП, орієнтованих на використання в складі ЕС тривало функціонуючих ЛА, слід віднести методи на основі самопоширюваного високотемпературного синтезу, оборотних гідридів інтерметалідів і гідрореагуючих з'єднань.

На основі проведеного аналізу сформульовано наукову проблему, а також комплекс наукових задач, що забезпечують її вирішення.

У другому розділі розглядаються СЗП водню на основі розкладання гідридів металів. Показано, що нові можливості щодо удосконалення СЗП водню такого типу відкриває метод виділення водню шляхом організації самопоширюваного високотемпературного синтезу (СВС) інтерметалідів, що грунтується на використанні внутрішньої енергії процесу взаємодії металевих компонентів вихідних речовин. Процес одержання водню в цьому випадку можна представити так:

(1)

або

(2)

Залежно від вихідних компонентів та їхніх властивостей процес одержання водню з гідридів може відбуватися як у режимі теплового вибуху, так і пошарового горіння. На підставі проведеного термодинамічного аналізу визначено, що залежно від складу суміші генерацію водню можна проводити як при кімнатній, так і при підвищеній початковій температурі (табл.1). Показано, що відповідно до критерію мінімуму масогабаритних характеристик СЗП і енерговитрат на процес генерації, як один з компонентів суміші доцільно використовувати гідрид алюмінію.

За допомогою багатоцільового програмного комплексу "АСТРА-4", призначеного для визначення характеристик рівноваги, а також фазового і хімічного складу гетерогенних систем, у сполученні з методами теорії планування експерименту проведено імітаційне моделювання процесів одержання водню на основі СВС алюмінідів. На рис. 5 і 6 показано приклади таких залежностей, характер яких свідчить про те, що в окремому випадку можливо розв'язання задачі параметричної оптимізації.

Встановлено, що максимальне значення виходу водню забезпечується при параметрах системи - Тн = 550 К; Р = 5,5 МПа; n = 2,75. При цьому у вигляді полінома отримано регресивні залежності між виходом водню або адіабатичною температурою його генерації і початковою температурою процесу Т0, тиском у системі Р і стехіометричним співвідношенням вихідних компонентів n.

Теоретичним шляхом на основі рівняння теплового балансу для водневмісного зразка, що нагрівається зовнішнім джерелом тепла потужністю W

(3)

де V - об'єм зразка, м3; S - площа вільної поверхні зразка, м2; t - час процесу, с; T0 , Т - початкова температура і температура процесу відповідно; N - число елементарних осередків порошкової водневмісної системи; W1, W2 - екзотермічна швидкість реакції створення інтерметалідного сполучення та ендотермічна швидкість розкладання гідриду відповідно; cV - об'ємна теплоємність зразка Дж/(м3·К); б - коефіцієнт теплообміну зразка з навколишнім середовищем Вт/(м2. К); s - коефіцієнт випромінювання зразка в навколишнє середовище, Вт/(м2К4), отримано термограми початкової стадії процесу генерації водню з утворенням інтерметаліду Ni3Al залежно від потужності зовнішнього джерела при різній дисперсності нікелевих частинок і постійній пористості (П = 0,2) зразка (рис.7). На рис. 8 показано залежність температури теплового вибуху вихідної суміші від початкової дисперсності нікелю. Аналіз показує, що процес одержання водню з використанням СВС в умовах нагрівання зовнішнім джерелом енергії буде характеризуватися критичним значенням потужності зовнішнього джерела енергії, нижче якого генерація відбувається в режимі дифузійної кінетики, а при потужності зовнішнього джерела енергії більше критичної - у режимі кінетики хімічної реакції. Це явище може бути використано для керування процесом генерації водню в ЕУ. Крім того, при d і 10.10-6 м із зменшенням дисперсності нікелю спостерігається різке зменшення значення температури теплового вибуху суміші.

Одновимірна математична модель такої водневмісної системи має вигляд

; ;

; ; ; (4)

;

де b - ступінь перетворення конденсованої речовини (інтерметаліду); a - ступінь перетворення конденсованої складової з газоподібними продуктами реакції (гідриду металу); k1, k2 - предекспоненціальний множник для конденсованих продуктів реакції і для летучих відповідно, с-1; Е1. , Е2 - енергія активації реакції для конденсованої фази та для фази з летучим компонентом відповідно, Дж; t - час процесу, с; R - газова стала, Дж/(моль·К); Т - поточне значення температури, К; kф - коефіцієнт фільтрації, м5с2/кг; х - координата, м; Р- поточне значення тиску в системі, Па; - щільність водню, кг/м3; - молекулярна маса водню, кг; - частка безгазового і летючого компонентів відповідно; , , - щільність безгазового, летючого і газоподібного компонентів відповідно, кг/м3; П0 - початкова пористість; П - поточна пористість; Q1 і Q2 - теплота реакції перетворення безгазового та летючого компонентів відповідно, кДж/кг. Замикається система рівнянь початковими

t=0, П(х,0)=П0; b(х,0)=b0; a(х,0)=a0; Т(х,0)=Т0; Р(х,0)=Р0 (5)

і граничними умовами

х=0, T(0,t) = TВН; або ;

х = L, або Т = ТВН; або Р = РВН. (6)

Чисельне рішення системи рівнянь (4) з урахуванням початкових і граничних умов (5)-(6) дозволило одержати комплекс залежностей, що визначають вплив початкової пористості зразка, ступеня його бронювання, координати початку газифікації та кількості водню, що виділився, на швидкість його генерації.

Оцінку адекватності математичних моделей здійснено на спеціально створеній експериментальній установці, за допомогою якої вирішено задачу ідентифікації закону, що апроксимує швидкість генерації водню.

Показано, що залежність швидкості газовиділення від тиску може бути описана законом, який описується рівнянням

, (7)

де s = (1·10-3 ... 5Ч10-2 ) м/(с·МПа), а n = 0,1 ... 0,9.

Стосовно генераторів водню на основі СВС область зміни параметрів закону швидкості виділення водню практично збігається з областю зміни параметрів закону горіння твердопаливних зарядів ракетних двигунів.

У третьому розділі розглядаються СЗП водню на основі оборотних металогідридів щодо їхнього використання в ДУ й ЕУ ЛА. У СЗП такого типу поглинання і виділення водню здійснюється відповідно до реакції

(8)

напрямок якої залежить від вибору напрямку теплового впливу. Перевагою СЗП на основі інтерметалічних з'єднань, серед яких базовими вважаються LaNi5Hx і FeTi, є кінетика поглинання і виділення водню в діапазоні тисків (0,01 ... 15,0)МПа при температурі (273 ... 573) К, яка не має аналогів у хімії гідридів.

Внаслідок суперечливості існуючих відомостей про теплоємність металогідридних з'єднань екпериментальним шляхом одержано аналітичні залежності для визначення теплоємності LaNi5Hx при швидкості нагрівання (0,1 ...0,3) К/с. Показано, що використання виразу

,

де mi , mH2 - масова частка i - го компонента з'єднання і водню відповідно; ci, cH2 - теплоємність i - го компонента і водню відповідно, забезпечує одержання оцінки з похибкою до 18%.

Експериментальним шляхом отримані дані для оцінки коефіцієнта ефективної теплопровідності металогідриду LaNi5Hx. Показано, що цей коефіцієнт залежить від стадії термосорбційного процесу і описується поліноміальною функцією часу четвертого порядку

.

Виявлено залежність цього коефіцієнта від пористості системи

,

де - теплопровідність газоподібного водню при температурі, яка дорівнює температурі експерименту (П=1).

Показано, що перепад тиску в шарі металогідриду пропорційний масовій витраті водню, помітна величина якого спостерігається при різниці температури 30 градусів.

Слід зазначити, що в процесі генерації виникають передумови виникнення водню в активній формі, що може якісно вплинути на процеси енергоперетворення. Однак практична реалізація цього явища значною мірою обмежується можливостями в галузі фізики і техніки низьких температур і сильних магнітних полів.

Проте використання СЗП даного типу в ДУ і ЕУ ЛА накладає обмеження щодо швидкодії і витрати водню, які лімітуються швидкістю нагрівання металогідриду. Процес десорбції водню з металогідриду описується такою системою рівнянь:

(9)

при початкових t = 0 і граничних z = 0 умовах відповідно

(10) . (11)

Тут dср - середнє значення діаметра частинок металогідриду, м; c - питоме масовміщення, кгН2/кг; l - коефіцієнт теплопровідності, Вт/(мЧК); q - питомий тепловий потік, Вт/м2; b - коефіцієнт, що визначає внесок конвективної складової теплового потоку.

Виявлено, що відносний час десорбції водню з металогідриду LaNi5Hx є практично лінійною функцією тиску, а для одержання водню із СЗП такого типу в діапазоні тисків (0,1 … 15,0)МПа необхідно мати на борту ЛА тепломасообмінні елементи, що забезпечують діапазон зміни температур (290 … 550)К. Експериментальним шляхом вирішено задачу ідентифікації закону швидкості генерації водню і показано, що має місце залежність

U=a(T-TГ), (12)

де a = (0,01 … 1,0)Ч10-6 м/(сЧК); ТГ - температура газогенерації, К.

Встановлено, що чинником, який превалює при визначенні швидкості генерації водню, є внутрішній термічний опір металогідриду.

У четвертому розділі на основі локальних показників, що відбивають кінетичні, фізико-хімічні, експлуатаційні та інші характеристики процесів генерації водню, проведено апріорну оцінку можливості використання гідрореагуючих з'єднань для одержання водню стосовно бортових ЕУ. Показано, що найдоцільніше для процесів генерації водню використовувати гідрореагуючі з'єднання на основі алюмогідриду натрію (АГН) і композитної суміші алюмінію та гідриду натрію (АГНК).

Процес взаємодії АГН із водою схематично описується таким чином:

NaAlH4 + 4H2O ® Na[Al(OH)4] + 4H2. (13)

Продукти гідролізу АГН і АГНК практично однотипні і являють собою колоїдну або колоїдно-дисперсну лужну систему (рH =13,2).

З використанням універсального термодинамічного методу, що базується на фундаментальному принципі максимуму ентропії, методів імітаційного моделювання в комплексі з методами теорії планування експерименту, отримані математичні моделі, що адекватно описують процеси генерації водню з використанням ГРС, що дозволило знайти залежності адіабатичної температури в зоні реакції і кількості виділеного водню при варіюванні такими незалежними змінними, як початкова температура води, тиск у системі, коефіцієнт співвідношення кількості ГРС до кількості води.

Як випливає з аналізу отриманих теоретичним шляхом залежностей, при взаємодії ГРС із водою найбільше впливає на вихід водню коефіцієнт співвідношення компонентів km , а початкова температура води Т0 практично на нього не впливає. Вплив тиску на вихід водню не є істотним і приблизно на порядок менше, ніж вплив коефіцієнта km.

У результаті експериментальних досліджень, проведених на спеціально розробленій установці високого тиску, виявлено механізм процесів генерації водню з використанням ГРС на основі з'єднань АГН і АГНК при підвищених тисках. З використанням методів теорії планування експерименту отримано вираз, що описує закон швидкості генерації. Показано, що ця швидкість практично не залежить від температури середовища і досить добре апроксимується поліномом другого порядку щодо тиску. При цьому на швидкість генерації водню істотний вплив має просторова орієнтація реагуючої поверхні ГРС (рис.16). При атмосферному тиску і незмінному положенні реагуючої поверхні швидкість росту газових пухирців є величиною сталою.

Визначено, що процес генерації водню методом гідролізу ідентичний хімічному та фізичному кипінню рідини. Це дозволяє для оцінки параметрів теплових процесів, які відбуваються у генераторах водню, використовувати рівняння, що містять критерії подобності Nu, Re, Pr тощо. У зв'язку з цим для визначення теплових режимів процесу генерації водню експериментальним шляхом визначено внутрішні характеристики процесу (рис.17). Виявлено вплив тиску і орієнтації реагуючої поверхні ГРС на внутрішні характеристики процесу.

Встановлено, що для генерації водню з високою продуктивністю необхідно підвищувати тиск у газогенераторі до критичних величин, а реакційний процес організовувати таким чином, щоб реакційна поверхня мала вертикальну просторову орієнтацію.

На підставі отриманих експериментальних даних одержано залежності, що визначають можливість виникнення теплового вибуху. Визначено, що при DТ = =1К тепловий вибух можливий при Р = 10 МПа, а при DТ і 10К умови для теплового вибуху теоретично можливі лише при тисках, що перевищують (25 ... 28) МПа.

У п'ятому розділі визначено динамічні характеристики розглянутих генераторів водню.

Для квазіпостійного складу продуктів газогенерації на основі методу "нульвимірної" балістики, що припускає еквівалентний перехід від математичного опису процесів у системі з розподіленими параметрами до побудови математичних моделей у класі систем із зосередженими параметрами, які будуються для усереднених за об'ємом газодинамічних характеристик, відповідно до законів зберігання маси й енергії, у першому наближенні можна записати

(14)

; ,

де - вільний об'єм порожнини газогенератора; - показник адіабати; - газова стала; - середня температура в зоні реакції на межі поділу фаз; - середній за об'ємом і часом коефіцієнт теплових втрат у порожнині газогенератора; - площа поверхні газовиділення; - коефіцієнт витрати через вихідний отвір; - площа поперечного перетину вихідного отвору; - щільність газу, що генерується; - функція показника ізоентропійного процесу

.

Після процедури лінеаризації даної системи рівнянь щодо квазістаціонарного режиму роботи передавальна функція генераторів в узагальненому вигляді матиме такий вигляд:

, (15)

де аi , bj - параметри передавальної функції; DX(S), DZ(S) - зображення по Лапласу узагальнених вихідного та вхідного параметрів газогенератора відповідно.

Цій передавальній функції відповідає вираз для узагальненої перехідної характеристики генераторів водню

Dx(t)= L-1(W(S) DZ(S)) =

=, (16)

де S1,2 - корені характеристичного рівняння a2S2+a1S+a = 0; B, l - параметри, а L-1 - оператор зворотного інтегрального перетворення Лапласа.

Як вхідні параметри для генераторів водню можуть бути використані: на основі ГРС - площа вихідного перетину, або витрати води; на основі СВС - площа вихідного перетину; на основі оборотних гідридів інтерметалідів - площа вихідного перетину, або температура газогенерації.

У табл. 3 як приклад наведено параметри математичних моделей щодо генераторів водню на основі оборотних гідридів інтерметалідів, де

; ; ; ;

; ;

; ; .

Зроблено оцінку сталості процесів генерації водню і побудовано області припустимих значень параметрів генераторів водню. Стосовно генераторів на основі ГРС і СВС зміна температури процесу практично не впливає на характер і параметри перехідних процесів, у зв'язку з чим обґрунтовано доцільність використання ізотермічного підходу при оцінюванні швидкодії генераторів водню.

При цьому максимальна похибка відхилення між перехідними характеристиками не перевищує 30 %. З використанням моделейодержано вирази для оцінок швидкодії генераторів водню різного типу.

Аналогічні залежності отримані для газогенераторів на основі СВС і оборотних металогідридів. Визначено, що найбільшу швидкодію мають генератори водню на основі СВС. Приблизно на порядок за швидкодією поступаються їм генератори водню на основі ГРС. Швидкодія генераторів водню на основі оборотних гідридів інтерметалідів гірше в порівнянні з генераторами на основі СВС на три порядки.

У шостому розділі наведено узагальнені схеми побудови СЗП водню на основі твердих речовин, їх основні характеристики і рекомендації щодо вибору та використання.

Показано, що при розв'язанні задачі аналізу рівня пожежовибухонебезпеки (ПВН) СЗП водню доцільно використовувати граф-схему, що, зокрема, містить повний набір операторів, які відбивають можливість появи подій, що ведуть до виникнення пожежі (вибуху). Одержано загальний вираз для імовірності виникнення пожежі (вибуху) у СЗП водню, що містить показники надійності технічних пристроїв системи. Запропоновано алгоритм синтезу СЗП водню за критерієм мінімуму їх маси при обмеженнях, що накладаються на рівень ПВН системи. Задача вирішується методом найшвидшого спуску.

Для побудови узагальнених схем СЗП водню використано комплекс термодинамічних, теплофізичних, кінетичних та інших характеристик і параметрів, отриманих раніше, а також враховані рекомендації щодо забезпечення необхідного рівня пожежовибухонебезпеки.

Показано, що циклічні СЗП на основі ГРС із контролем аварійного стану відрізняються підвищеною надійністю і гнучкістю регулювання. Такі СЗП зручні для застосування в тривало функціонуючих енергоустановках при наявності достатньої кількості води, коли водень необхідно одержувати періодично заданими порціями.

Особливість СЗП водню на основі оборотних гідридів інтерметалідів полягає у тому, що для забезпечення найбільш привабливих динамічних характеристик генерації необхідно забезпечити максимальну швидкість підведення теплової енергії металогідридним елементам, що мають невисоку теплопровідність. Крім того, фізико-хімічні властивості гідридів інтерметалідів дозволяють в автономному режимі багаторазово використовувати їх шляхом перезарядження.

Крім того, особливістю цього схемного рішення є організація процесу виділення водню із застосуванням двох методів - спочатку використовується процес СВС, а потім отримані інтерметалідні з'єднання лужних металів взаємодіють з водою з виділенням додаткової кількості водню.

На підставі отриманих даних було проведено оцінку ефективності використання СЗП для ДУ ЛА за критерієм, що враховує не тільки масові характеристики СЗП, але й інтегральні характеристики ДУ (сумарний імпульс тяги двигуна). Визначено, що для газореактивних систем як на "холодному газі", що забезпечують питому тягу в діапазоні (500...700) м/с, так і з підігрівом РТ (РУД =(950...5750) м/с), найбільш привабливими є СЗП, характеристики яких розташовані в районі "плато" (рис. 23). До СЗП із такими характеристиками відносяться СЗП на основі СВС і на основі ГРС. Випадають із цієї області металогідридні СЗП на основі оборотних металогідридів типу LaNi5Hx. Використання СЗП такого типу неефективно для бортових ДУ, але їхнє застосування доцільно з метою активації водню і для зниження рівня ПВН.

Аналіз ефективності використання СЗП відповідно до критерію, що характеризує відношення сумарної маси СЗП і РТ до сумарного імпульсу тяги, показує, що перевагу слід віддати системам, для яких відношення МРТ до МСЗП перевищує 0,05, а питома тяга при цьому більше 1000 м/с , що характерно для систем із підігріванням робочого тіла. Аналіз проведених досліджень, схемотехнічні рішення, а також рекомендації з приводу вибору типів СЗП водню дозволили визначити крім ракетно-космічної і інші області використання розглянутих систем.

При апаратурній реалізації одержаних математичних моделей, методів, алгоритмів і принципів, що використані при створенні СЗП водню на основі твердих речовин, були застосовані технічні рішення зі світовим рівнем новизни, що підтверджено 10 авторськими свідоцтвами і патентами на винаходи.

Принципи апаратурної реалізації СЗП даного типу, схеми їх побудови, технічні пропозиції щодо вибору параметрів і характеристик методів одержання водню, а також методи оцінки швидкодії СЗП водню були впроваджені в розробки ДКБ "Південне", СКТБ ІПМаш НАН України, ВАО "Хартрон", ДержНДІ ТБХП і в навчальний процес ХВУ.

ВИСНОВКИ

У роботі одержано нові науково обґрунтовані результати, що в сукупності забезпечують вирішення науково-практичної проблеми щодо обгрунтування шляхів створення систем збереження і подачі водню на основі твердих речовин для двигунів і енергетичних установок, орієнтованих на їхнє використання в складі тривало функціонуючих літальних апаратів.

1. Проведені дослідження показали, що можливості традиційних типів СЗП водню стосовно їхнього використання в ДУ і ЕУ ЛА практично вичерпані. Показано, що найбільш перспективним напрямком у вирішенні проблеми забезпечення тривалого функціонування ЛА є створення СЗП нового покоління на основі твердих водневмісних речовин.

2. Запропоновано метод одержання водню на основі реакції самопоширюваного високотемпературного синтезу, що здійснюється за рахунок використання внутрішньої енергії процесу утворення інтерметалідів. Розв'язано задачу параметричної оптимізації процесу генерації водню, в основі якої лежить використання методів термодинамічного аналізу, імітаційного моделювання і планування експерименту, та обґрунтовано доцільність використання цього методу генерації для створення бортових СЗП водню.

3. На підставі узагальнення характеристик процесів генерації водню оборотними гідридами інтерметалідів обґрунтовано можливість використання СЗП водню такого типу в ДУ і ЕУ тривало функціонуючих ЛА.

4. З урахуванням локальних показників, що відбивають термодинамічні, кінетичні, фізико-хімічні, експлуатаційні та інші характеристики процесів генерації водню на основі з'єднань, які реагують з водою, одержано оцінки, що свідчать про доцільність використання цих з'єднань для створення СЗП водню, орієнтованих на роботу в ДУ і ЕУ тривало функціонуючих ЛА. Для газогенераторів, в основу побудови яких покладені різні методи одержання водню, запропоновано узагальнені математичні моделі, які характеризують процеси їхньої роботи в перехідному режимі, відносяться до класу феноменологічних і, залежно від методів одержання водню, відрізняються виглядом закону швидкості газовиділення.

5. Розв'язано задачу ідентифікації закону швидкості генерації водню для методів його одержання на основі самопоширюваного високотемпературного синтезу, оборотних гідридів інтерметалідів і з'єднань, що реагують з водою.

6. Отримано комплекс математичних моделей, а також термодинамічних, кінетичних, фізико-хімічних та інших параметрів і характеристик різних процесів генерації водню в СЗП на основі твердих речовин, що містять водень, орієнтованих на тривале функціонування в ДУ і ЕУ ЛА.

7. Запропоновано процедуру оцінки рівня пожежовибухонебезпеки СЗП водню різних типів і алгоритм синтезу таких систем з урахуванням необхідного рівня їхньої пожежовибухонебезпеки, що стосовно до бортових СЗП водню може визначати їхні масогабаритні характеристики.

8. Синтезовано узагальнені структурні схеми СЗП водню для ДУ і ЕУ тривало функціонуючих ЛА, для яких одержано оцінки їхніх основних параметрів і характеристик.

9. Розроблено рекомендації щодо використання СЗП водню на основі твердих речовин, орієнтованих на роботу в тривало функціонуючих ЛА. Показано:

СЗП водню на основі оборотних гідридів інтерметалідів у силу значних масових характеристик, низької швидкодії і низьких енерговитрат на виділення водню доцільно використовувати як джерела основного РТ у двигунах корекції і стабілізації на тривало функціонуючих ЛА, а також для надування баків основного палива маршових двигунів. СЗП даного типу можуть використовуватися для ЕЗГ із невеликою продуктивністю. Використання таких СЗП доцільно як джерело додаткового палива в мікро-РРД, а також як джерело профілактичного палива в ГТД для очистки робочих поверхонь від нагару;

СЗП на основі СВС є найбільш привабливим джерелом основного РТ для мікро-РРД, для ЕНД та інших двигунів ЛА, робота яких ґрунтується на нагріванні РТ і високій швидкодії. Особливого значення СЗП даного типу набувають при їхньому використанні в легкогазових прискорювачах мас;

СЗП водню на основі з'єднань, що гідрореагують, доцільно використовувати в енергетичних системах ЛА при наявності достатньої кількості води на борту. Особливий інтерес такі СЗП представляють для стартового устаткування морських комплексів. СЗП такого типу доцільно використовувати як джерело РТ у накопичувачах енергії і теплообмінних системах .

10. Впровадження результатів досліджень у ДКБ "Південне", ВАО "Хартрон", ДержНДІТБХП, СКТБ ІПМаш ім. А.М. Підгорного дозволило: скоротити обсяги і тривалість експериментальних робіт із визначення режимів роботи СЗП водню, а також їхніх параметрів і характеристик; спростити алгоритм системи керування ЛА багаторазового використання "Буран", а також забезпечити діагностику технічного стану його ДУ; скоротити терміни розробок нової науково-технічної продукції і поліпшити її технічні характеристики, а також розробити наукові основи для конструювання перспективних металогідридних систем.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Подгорный А.Н., Балыбердин В.В., Кремнев Р.С., Карягин В.П., Клевцов А.А., Кривцова В.И., Пичхадзе К.М. Эндотермические аэростаты. - Киев: Наук. думка, 1988. - 112 с.

2. Кривцова В.И. Влияние давления на процесс получения водорода при взаимодействии гидрореагирующих составов с водой// Проблемы машиностроения, 1992. - Вып. 37. - С.109 - 113.

3. Соловей В.В., Кривцова В.И. Системы хранения и подачи водорода для автономных энергоустановок// Препринт ИПМаш АН Украины, № 376. - 1994. - 37 с.

4. Кривцова В.И. Анализ пожароопасных ситуаций в системах хранения и подачи водорода летательных комплексов // Методы и средства обеспечения пожарной безопасности: Сб. науч. тр. /Под ред. Ю.А. Абрамова. - Харьков: ХВУ, 1995. - С.27 - 32.

5. Белан Н.В., Соловей В.В., Кривцова В.И., Чернявский А.Ю. Перспектива использования металлогидридных систем хранения и подачи водорода в газореактивных системах// Авиационно-космическая техника и технология. - Харьков: ХАИ, 1996. - С.320 - 324.

6. Кривцова В.И. О выборе системы хранения и подачи водорода // Актуальні проблеми філософії, науки и сучасних технологій/Вісник ХДУ, № 388: Зб. наук. пр., Харьков: 1997. - С.190 -192.

7. Кривцова В.И. Источники пожарной опасности в металлогидридных системах хранения и подачи водорода// Проблемы пожарной безопасности: Сб. науч. тр. - Харьков: ХИПБ, 1997. - С.75 - 80.

8. Соловей В.В., Кривцова В.И. О пожарной опасности систем хранения и подачи водорода на основе гидрореагирующих веществ // Проблемы пожарной безопасности: Сб.науч.тр., Харьков: ХИПБ, 1997. - С. 75 - 80.

9. Пода В.Б., Кривцова В.И., Кузьмин Д.В. Глубоководные генераторы водорода на гидрореагирующих веществах// Проблемы машиностроения. - 1998. - Т.1. - № 3 -4. - С. 146 - 149.

10. Кривцова В.И. Теплофизические характеристики металлогидридных систем хранения и подачи водорода // Проблемы пожарной безопасности : Сб. науч. тр. - Харьков: ХИПБ, 1998. - Вып. 4. - С.106 - 111.

11. Абрамов Ю.А., Кривцова В.И. Системы хранения и подачи водорода на основе гидрореагирующих составов // Вестник Харьк. госуд. автомобильно - дорожного техн. университета: Сб. науч. тр. - Харьков: ХГАДТУ, 1998. - Вып. 8. - С.47 -50.

12. Кривцова В.И. Определение внутренних характеристик гетерофазных процессов генерации водорода в энергосиловых установках // Авиационно-космическая техника и технология : Сб. науч. тр. - Харьков: ГАКУ им. Н.Е. Жуковского. - 1998. - Вып. 7. - С. 192 - 196.

13. Соловей В.В., Кривцова В.И. Термодинамический анализ генерации водорода металлогидридными системами // Проблемы пожарной безопасности : Сб. науч. тр. - Юбилейный выпуск. - 1998. - С.81-84.

14. Федорович О.Е., Кривцова В.И. Оценивание множества альтернативных вариантов проектируемых систем хранения и подачи водорода // Авиационно - космическая техника и технология: Сб. науч. тр. - Харьков: ГАКУ им. Н.Е. Жуковского. - 1998. - Вып. 6. - С.187 -194.

15. Соловей В.В., Кривцова В.И., Сметанкин А.В. Теплофизические аспекты генерации водорода в системах с фазовым переходом // Авиационно - космическая техника и технология: Сб. наун. тр. - Харьков: ГАКУ им. Н.Е. Жуковского. - 1998. - Вып. С. 23 - 25.

16. Solovey V.V., Tatarinov O.D., Basteev A.V., Krivtsova V.I. Thermo-gas-dynamical Process Modeling and choice of hydrogen Sources for light-gas mass Accelerators // Int. J. Hydrogen Energy. - 1998.- Vol. 23, № 10, pp. 931-941.

17. Федорович О.Е., Кривцова В.И. Системное представление и анализ методов и схем получения водорода в задачах проектирования энергоустановок // Информационные управляющие системы в железнодорожном транспорте .- Харьков: ХГАЖТ, 1999. - № 3. - С. 64 -68.

18. Соловей В.В., Кривцова В.И., Пода В.Б. Перспективы использования водорода в подводных средствах // Проблемы машиностроения. - Харьков: ИПМаш НАН Украина, 1999. - Т.2. - № 1 2 2, - С.87 - 92.

19. Кривцова В.И. Анализ структурных свойств систем хранения и подачи водорода в энергосиловых установках // Авіаційно - космічна техніка і технологія: Зб. наук. пр. - Харьков: ГАКУ ім. Н.Е. Жуковського "ХАІ" . - 1999. - Вип. 8. - С.133 - 138.

20. Krivtsova V.I. The peculiarities of interactions with water of hydrogen containing hydro-reacting compositions at high pressures // Hydrogen Energi, 1999.- V 4-4|3 - p.1- 6.

21. Абрамов Ю.А., Кривцова В.И., Бастеев А.В. Определение вероятности появления горючей среды в объекте // Проблемы пожарной безопасности. - Харьков: ХИПБ, 1999. - Спец. выпуск. - С.96 - 99.

22. Абрамов Ю.А., Кривцова В.И. Динамические характеристики газогенераторов на основе самораспространяющегося высокотемпературного синтеза // Проблемы машиностроения.- Харьков: ИПМаш НАН Украины. - 1999. - Т.2. - №3 - 4. - С.121 -127.