Водород в металлах и сплавах
АНАЛИЗ СТАЦИОНАРНЫХ ИЗОТЕРМ ВОДОРОДОПРОНИЦАЕМОСТИ МЕМБРАН ИЗ СПЛАВОВ ПАЛЛАДИЯ
Л. Л. Муравьев, А. Б. Вандышев, М. Ш. Гаделъшин
Институт машиноведения УрО РАН, ул. Комсомольская, 34, Екатеринбург, 620219, Россия Факс: (3432) 74-53-30, e-mail: ges@imach.uran.ru
Предложено уравнение, учитывающее транскри-сталлитную диффузию атомарного водорода и миграцию молекулярного водорода по несплошностям реального металла или сплава, позволяющее анализировать экспериментальные изотермы водородопро-ницаемости для мембран из палладиевых сплавов, отклоняющиеся от уравнения Ричардсона.
В качестве объекта исследований выбраны экспериментальные изотермы водородопроницаемости для шести различных сплавов палладия, приведенные в работе [1], где исследовалась зависимость величины Ш = 28 (1), где < F
поток водорода, про-
ходящего через мембрану, 8 и F — соответственно толщина и площадь мембраны, от давления перед мембраной р в диапазоне от 2 до 22 МПа, при выходном давлении^2=0,1 МПа и температуре 500 0С.
Для проведения сравнительного анализа использовали три уравнения:
1/2 1/2 \
W = а/рГ - Р2 ) +Pi(Pr W =а2(Р/2 - Pi2) -Pr2)
-P2)
(2)
(3)
(4),
Ш = а(р\
которые применительно к экспериментальным данным [1] с учетом (1), трансформированы, соответственно, из предложенного нами уравнения
< = А(р/ 2 - р2 2) + В(р1 - Р2), уравнения Ричардсона < = к(р1/2 - Р2''2) и часто используемого для обработки экспериментальных изотерм водородопро-
ницаемости уравнения < = к/р - рГ) с показателем степени 0,5 < г < 1.
Сравнительный анализ уравнений (2), (3) и (4) при описании экспериментальных изотерм водородопро-ницаемости [1] проводили путем сопоставления коэффициентов этих уравнений и среднеквадратичных погрешностей, рассчитанных с использованием метода наименьших квадратов. Результаты приведены в таблице 1, из которой видно, что формуле Ричардсона (3) в полной мере соответствует только сплав 6. Незначительно отклоняются от уравнения (3) экспериментальные данные для сплава 3 («В2»).
При описании экспериментальных изотерм водо-родопроницаемости для остальных сплавов формула (3) дает наибольшие среднеквадратичные погрешности, а уравнения (2) и (4) дают погрешности почти в два раза меньше по сравнению с уравнением (3). Из вида выражения (4) следует, что разным сплавам из-за различия величин г соответствует разная размерность коэффициента а и в силу чисто аппроксима-ционного характера уравнения (4) оценить с его помощью коэффициенты удельной водородопроница-емости из экспериментальных данных (таблица 1) не представляется возможным.
Поэтому при описании процесса прохождения водорода через мембрану предпочтение следует отдать уравнению (2).
По данным таблицы 1, из величин коэффициентов а1, физический смысл которых идентичен коэффициенту а2 в уравнении Ричардсона (3), рассчитали коэффициенты удельной водородопроницаемости для всех
Таблица 1
Коэффициентыi и среднеквадратичные погрешности
№ и состав сплава уравнение (2) уравнение (3) уравнение (4)
ai106 Px106 Oi106 a2106 О2Ю6 a3106 r О3Ю6
1. Pd+30% Ag 0,431 0,022 0,026 0,520 0,060 0,403 0,585 0,024
2. «В1» Pd, Ag, Au, Ru, Pt, Al 0,411 0,016 0,025 0,477 0,047 0,386 0,570 0,024
3. «В2» Pd, Ag, In, Y 0,385 0,003 0,025 0,395 0,025 0,379 0,516 0,024
4. Pd+10% Ag+ +5,5% Ni, 0,199 0,023 0,022 0,296 0,064 0,183 0,663 0,019
5. Pd+5,5% Ni 0,159 0,015 0,017 0,221 0,042 0,145 0,643 0,014
6. Pd+4,2 % Ti 0,109 0 0,004 0,109 0,004 0,109 0,500 0,004
ISJAEE Специальный выпуск (2003)
Второй международный симпозиум «Безопасность и экономика водородного транспорта»
исследованных в работе [1] сплавов, которые составили 4,31-10-10 (5,2 10-10), 4,11 10-10 (3,92-10-10), 3,85 1010 (5,38-10-10), 1,99-10-10 (2,6-10-10), 1,59 10-10 (2,3 10-10), 1,09-10-10 (1,16-10-10) м2сПа -1/2 соответственно для сплавов 1-6. В скобках приведены величины коэффициентов удельной водородопроницаемости из других литературных источников для тех же составов сплавов, измеренных методом Дайнеса-Беррера при той же самой температуре.
Особенно близкие значения величины коэффициентов удельной водородопроницаемости получены
IFSSEHT-2003
для сплавов 2 и 6. Для других сплавов расхождения коэффициентов удельной водородопроницаемости не так велики, учитывая, что получены они разными исследователями и независимым методом.
Список литературы
1. Mordkovich V. Z., Baichtock Yu. K. and Sosna M. H. The Large Scale Production of Hydrogen from Gas Mixtures//Platinum Metals Rev. 1992. V. 36, №2. P. 90-97.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.