Офіційний веб сайт

Комбіновані акумулятори енергії на основі фазоперехідних органічних сполук з наночастинками металів

м48

Представлено Національним університетом біоресурсів і природокористування України.

Автори: к.т.н. Антипов Є.О., к.т.н. Троханяк В.І.

 Розроблено наукові основи комплексного підходу до вивчення теплофізичних процесів і властивостей нових акумулюючих матеріалів, які мають іншу структуру, а саме, наповнювачі у вигляді наночастинок металів, в тому числі оптичними методами, який у світовій та вітчизняній науці був вперше застосований для дослідження зазначених процесів під час плавлення/кристалізації об’єму теплоакумулюючого матеріалу органічного походження з наповнювачами у вигляді наночастинок металів навколо декількох циліндричних джерел теплоти з гладкою поверхнею.

Визначено вплив розмірів та геометрії розміщення теплообмінної поверхні в об’ємі матеріалу на динаміку та напрям поширення конвективних теплових потоків. Досліджено закономірності вільноконвективного теплообміну під час фазових перетворень акумулюючого матеріалу навколо декількох циліндричних джерел теплоти з гладкою поверхнею та оцінено їх вплив на інтенсивність процесів тепло- і масопереносу в різні моменти часу.

Отримано значення граничного радіуса поширення теплоти в об’ємі акумулюючого матеріалу, при якому процес акумулювання теплоти на одиницю маси за одиницю часу є максимальним. Встановлено вплив багаторазового циклічного нагрівання й охолодження на структуру і морфологію фазоперехідних акумулюючих матеріалів методом спектроскопії комбінаційного розсіяння світла.

 Результати дослідження дали змогу обґрунтувати доцільність і напрями оптимізації технології виготовлення високоефективних акумуляційних апаратів на основі фазоперехідних органічних сполук та підвищення ефективності роботи системи енергозабезпечення споживачів з теплоакумуляторами в цілому.

Кількість публікацій: 54, у т.ч. за тематикою роботи 2 монографії, 25 статей (6 – у зарубіжних виданнях), 20 тез доповідей. Загальна кількість посилань на публікації авторів складає 76 (згідно з базою даних Google Scholar), h-індекс = 6. Отримано патент України на винахід.

Надіслати коментар

Коментарі

Володимир Вікторович Козирський

Робота авторів Антипов Є.О., Троханяк В.І. «Комбіновані акумулятори енергії на основі фазоперехідних органічних сполук з наночастинками металів» є актуальною та містить вагомі для науки дослідження, які потребують широкого впровадження в Україні. Постійне зростання цін на енергоносії викликає підвищений інтерес до більш ефективного їх
використання, що забезпечується як за рахунок впровадження нового енергоефективного обладнання, так і завдяки використання систем їх накопичення (акумулювання).
Впровадження систем електроаку-муляційного нагрівання в енергосистему України передбачено положеннями розділу 3.2 «Енергетичної стратегії України на період до 2030 року», що
забезпечить економію природного газу в межах 2...8 млрд. м³ та скоротить викиди шкідливих оксидів азоту в атмосферу на 1,6...6,4 тис. т на рік.
У циклі наукових праць авторами розроблено наукові основи нового, комплексного підходу у вивченні теплофізичних процесів і властивостей нових акумулюючих матеріалів, які мають іншу структуру, а саме, наповнювачі у вигляді наночастинок металів, в тому числі оптичними методами, який у світовій та вітчизняній науці був вперше застосований для дослідження зазначених процесів під час плавлення/кристалізації об’єму теплоакумулюючого матеріалу органічного походження з наповнювачами у вигляді наночастинок металів навколо декількох циліндричних джерел теплоти з гладкою поверхнею.

Вважаю, що автори роботи Антипов Є.О., Троханяк В.І. заслуговують на присудження премії Президента України для молодих вчених у 2018 році.

Marek Jaszczur

The accumulation of thermal energy is one of the most promising directions of energy saving in the world energetics. This is especially true of alternative or renewable sources of energy. It is common knowledge that from all types of existing designs of heat accumulators the most promising is the use of phase-transition heat accumulators. Because they provide a high density of accumulated energy, small temperature differences and a stable temperature at the exit from the heat accumulator. Modern heat accumulators in heat supply systems based on heat pumps, solar collectors and other alternative sources use water as an accumulation material. The main drawback of such accumulators is their large size and cost of manufacturing. In the work of the authors I. Antypov and V. Trokhaniak "Combined energy accumulators based on phase-transition organic compounds with metal nanoparticles" a new approach based on the use of thermal accumulators with phase transformations is proposed.
Taking into account all aspects, the submitted work is relevant and contains important scientific research. Performed at the appropriate scientific, technical and professional level, the authors deserve the award of this prize.

Marek Jaszczur, Ph.D Eng., assistant professor department of Fundamental Research in Energy Engineering of AGH University of Science and Technology of Faculty of Energy and Fuels, Krakow, Poland. (Marek Jaszczur, Dr hab inż, adiunkt Katedra Podstawowych Problemów Energetyki, Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie Wydział Energetyki i Paliw, Kraków, Polska).

Семен Драгнєв

Наукова робота "Комбіновані акумулятори енергії на основі фазоперехідних органічних сполук з наночастинками металів" спрямована на створення комбінованого акумулятору, що використовує теплову та електричну первинну енергію, а тому є актуальною для розвитку енергетики в Україні та світі. Такий підхід дозволяє зменшити розмір акумуляторів за рахунок підвищення ступеня накопичення енергії.
Робота має наукову та практичну цінність, а її автори заслуговують на присудження премії Президента України для молодих вчених у 2018 році.

Консультант НТЦ "Біомаса", к.т.н., доцент Драгнєв Семен Васильович

Федорейко Валерій Степанович

Ефективне використання теплової енергії при експлуатації систем теплопостачання неможливо без вирішення проблеми акумулювання теплоти. Загальновідомо, що з усіх типів існуючих конструкцій акумуляторів теплоти найбільш перспективним є використання фазоперехідних акумуляторів тепла, оскільки, в них забезпечується висока щільність накопиченої енергії, невеликі перепади температур і стабільна температура на виході з теплового акумулятора. Однак, у парафінів, як і в багатьох інших найбільш поширених органічних акумулюючих матеріалів, є один істотний недолік – низький коефіцієнт теплопровідності, що приводить до ускладнення конструкції, оскільки виникає необхідність вжиття заходів або засобів щодо поліпшення теплообміну між теплоакумулюючим матеріалом і теплоносієм. Представлена авторами Є.О. Антипова та В.І. Троханяка робота «Комбіновані акумулятори енергії на основі фазоперехідних органічних сполук з наночастинками металів» містить нові принципи побудови акумуляторів енергії, які були адаптовані для вирішення задач з оптимізації конструкцій комбінованих теплоакумуляторів. Крім того, методом спектроскопії комбінаційного розсіяння світла встановлено вплив багаторазового циклічного нагрівання й охолодження на структуру і морфологію фазоперехідних акумулюючих матеріалів з наповнювачами у вигляді мікро- та наночастинок металів, підібрано їх оптимальний компонентний склад. Зазначене дозволило усунути вище описаний недолік та забезпечило проведення процесів акумулювання теплової енергії в найбільш оптимальному режимі.
У підсумку, враховуючи актуальність та отримані вагомі наукові результати роботи «Комбіновані акумулятори енергії на основі фазоперехідних органічних сполук з наночастинками металів» вважаю, що її автори заслуговують на присудження премії Президента України для молодих вчених у 2018 році.

Завідувач кафедри машинознавства та транспорту Тернопільського національного педагогічного університету імені Володимира Гнатюка, доктор технічних наук, професор Федорейко Валерій Степанович.

Колектив наукової школи "МЕ та РЗТ" при ХДМА

Сучасні методи акумулювання теплової енергії в періоди з її надлишком та використання акумульованої теплової енергії в періоди з її дефіцитом базуються на застосуванні матеріалів, які накопичують теплову енергію за рахунок підвищення температури теплоакумулюючого матеріалу. В якості таких матеріалів використовуються рідкі або тверді речовини (вода, масло, спеціальні матеріали тощо), у яких кількість акумульованої енергії на одиницю маси невелика. Тому такі акумулятори теплоти мають великі габарити та масу. Авторами, Є.О. Антиповим та В.І. Троханяком, пропонується удосконалена конструкція теплового акумулятора, у якому використовуються органічні сполуки з наночастинками металів, у яких акумуляція теплової енергії відбувається за рахунок фазових перетворень. При цьому кількість акумульованої енергії на одиницю маси акумулюючого матеріалу збільшується в декілька разів. Показано, що введення високо теплопровідних металевих частинок мікронного та нанометрового розміру у фазоперехідний матеріал дозволило підвищити його теплопровідність у твердому стані, яка є основним недоліком, що спричинює ріст теплового опору протягом процесу зміни фаз, коли межа поділу «рідина – тверде тіло» відходить від поверхні віддачі тепла, та є основною причиною зменшення тривалості періоду «розряду» теплоакумуляторів раніше відомих конструкцій.
Враховуючи вагомі наукові досягнення в галузі фундаментальних досліджень та актуальність наукової розробки циклу наукових праць «Комбіновані акумулятори енергії на основі фазоперехідних органічних сполук з наночастинками металів» вважаємо, що її автори заслуговують на присудження премії Президента України для молодих вчених у 2018 році.
Колектив наукової школи «Матеріалознавство, експлуатація та ремонт засобів транспорту» при Херсонській державній морській академії (ХДМА):
- керівник наукової школи, д.т.н., професор, академік ПТАН України, завідувач кафедри транспортних технологій ХДМА Букетов Андрій Вікторович;
- завідувач лабораторією «Полімерні та композитні матеріали у суднобудуванні» ХДМА ст. викладач кафедри загальноінжененої підготовки Алексенко Віктор Леонідович;
- лауреат премії Президента України для молодих вчених 2016 року, к.т.н., докторант, доцент кафедри транспортних технологій ХДМА Сапронов Олександр Олександрович;
- лауреат премії Президента України для молодих вчених 2016 року, докторант, доцент кафедри транспортних технологій ХДМА Браїло Микола Володимирович

Валерій Горобець

Акумулювання теплової енергії є одним із перспективних напрямків енергозбереження в світовій енергетиці. Особливо це стосується альтернативних або поновлювальних джерел енергії. Акумулятори можна розділити на добові та сезонні. Перші запасають теплову енергію в періоди доби, коли її найбільше, а віддають в інші проміжки часу. Сезонні акумулятори запасають теплову енергію в літній період і віддають в зимовий період року. Сучасні теплові акумулятори для в системах теплопостачання на базі теплових насосів, сонячних колекторів та інших альтернативних джерел використовують в якості акумулюючого матеріалу воду. Розроблені також теплові акумулятори на твердих тілах. Основним недоліком таких акумуляторів є їх великі габарити та вартість виготовлення. В роботі авторів Антипов Є.О., Троханяк В.І. «Комбіновані акумулятори енергії на основі фазоперехідних органічних сполук з наночастинками металів» запропоновано новий підхід, який базується на використанні теплових акумуляторів з фазовими перетвореннями. В якості таких речовин можуть використовуватись, наприклад, солі на основі K, Na, Li та інших елементиів. Крім того це може бути парафін, глауберова сіль, тощо. При цьому теплова енергія акумулюється при плавленні цих матеріалів, а відбирається при їх кристалізації. При додаванні в такі матеріали металевих наночастинок їх ефективність суттєво підвищується. Перевагами таких акумуляторів є значно менші розміри (у 5-7 разів), менша вартість та інщі переваги. Такі акумулятори можна використовувати також для сезонного акумулювання теплової енергії, що практично неможливо для рідких або твердотільних акумуляторів черех їх великі розміри.
Вважаю, що автори роботи заслуговують на присудження премії Президента України для молодих вчених у 2018 році.
Завідувач кафедри теплоенергетики Національного університету біоресурсів і природокористування України, д.т.н., с.н.с. Горобець Валерій Григорович.

Лисиченко М.Л., д.т.н., проф.

На основі аналізу чисельного моделювання в даній роботі, можна зробити припущення – при проектуванні нових конструкцій акумуляторів теплоти, в яких у якості робочого середовища використовуються акумулюючі матеріали фазового переходу, розміщення джерел теплоти потрібно виконувати якомога ближче до дна та стінок корпусу такого акумулятора, що забезпечить кращий прогрів акумулюючого матеріалу нижніх рівнів, а отже зменшить об’єм його «застійних зон», і тим самим покращить теплові характеристики такого акумулятора. На останок варто відзначити, що технології числового моделювання дозволяють з високою точністю досліджувати процеси, які відбуваються в акумулюючих матеріалах, при зміні температурних режимів роботи теплових акумуляторів. Це дозволяє не лише проводити моделювання різних режимів їхньої роботи в умовах близьких до реальних, а й розробляти принципово нові конструкції таких акумуляторів без необхідності виготовлення та проведення коштовних випробувань серії дослідних зразків.
Робота авторів Антипова Є.О., Троханяка В.І. «Комбіновані акумулятори енергії на основі фазоперехідних органічних сполук з наночастинками металів» містить вагомі для науки дослідження, виконана на належному науково-технічному рівні, а її автори заслуговують на присудження премії Президента України для молодих вчених у 2018 році.
Лисиченко Микола Леонідович, доктор технічних наук, професор, перший проректор Харківського національного технічного університету сільського господарства імені Петра Василенка.

Роман Гевко

Загальновідомо, що в промислово розвинутих країнах обсяг споживання енергії в денний час, коли працює більшість підприємств і громадський транспорт, істотно перевищує рівень її споживання вночі. Ця відмінність помітна як відносно електроенергії, так і вуглеводневих енергоносіїв (особливо, природного і зрідженого нафтового газу). Саме тому, вже давно були створені автономні установки та системи теплопостачання на основі як рідинних (не обов’язково водяних), так і теплоакумуляторів з твердим теплоакумулюючим матеріалом, які оснащені (переважно, але не обов’язково електричними) нагрівачами. Ці системи дозволяють запасати тепло вночі, а витрачати його в інший час, що особливо вигідно в країнах з розвинутою тепловою і/або атомною електроенергетикою. У цей час навантаження на електричну мережу мінімальне, що визначає значний резерв потужності для акумулювання. Крім того, використання системи зонного обліку електричної енергії на основі диференційованих тарифів, сприятиме скороченню терміну окупності таких систем комбінованого енергозабезпечення з можливістю коротко- та середньострокової акумуляції енергії.
Представлена робота авторів Антипов Є.О., Троханяк В.І. на тему «Комбіновані акумулятори енергії на основі фазоперехідних органічних сполук з наночастинками металів» містить значні для науки дослідження, виконана на високому науковому, технічному та фаховому рівні, і її автори заслуговують на присудження премії Президента України для молодих вчених у 2018 році.

Завідувач кафедри менеджменту біоресурсів і природокористування Тернопільського національного економічного університету, заслужений винахідник України, академік Інженерної академії України, д.т.н., проф. Гевко Роман Богданович

Олег Ляшук

Найбільш перспективними з усіх типів існуючих конструкцій теплоакумуляторів є акумулятори з фазовими або хімічними перетвореннями акумулюючого матеріалу, що дають змогу забезпечити порівняно високу щільність накопичення енергії і стабільну температуру на його виході. Тому одним з можливих шляхів удосконалення такого обладнання, як найбільш перспективний, є створення акумулятора енергії, в якому б поєднувалось ємнісне акумулювання та акумулювання теплоти фазових перетворень відповідного матеріалу з використанням первинних джерел теплової та електричної енергії. Проведено теоретичне дослідження та комп’ютерне моделювання процесів тепло- і масопереносу в акумулюючому матеріалі фазового переходу теплоакумулятора під час роботи даного устаткування.
Робота авторів Антипов Є.О., Троханяк В.І. «Комбіновані акумулятори енергії на основі фазоперехідних органічних сполук з наночастинками металів» є актуальною та містить вагомі для науки дослідження, виконана на належному науково-технічному, методичному та фаховому рівні, а її автори заслуговують на присудження премії Президента України для молодих вчених у 2018 році.
Завідувач кафедри автомобілів Тернопільського національного технічного університету імені Івана Пулюя, д.т.н., доц. Ляшук Олег Леонтійович.

Окушко Олександр

Аналіз сучасних способів акумулювання енергії показує, що найбільш перспективним типом теплових акумуляторів є акумулятори теплоти фазового переходу періодичної дії. На даний час при виробництві теплових акумуляторів використовується достатньо велика кількість різних фазоперехідних матеріалів, серед яких найбільшу розповсюдженість отримали парафіни. Проте, властива парафінам низька теплопровідність є основним недоліком, що спричиняє ріст теплового опору протягом проходження процесу зміни фаз акумулюючого матеріалу. Саме тому, з метою покращення умов «заряду» таких акумуляторів та вжиття заходів щодо інтенсифікації процесів як тепловідводу, так і зберігання теплової енергії в акумуляторах теплоти фазового переходу існуючих конструкцій авторами Є.О. Антиповим та В.І. Троханяком запропоновано та досліджено нові типи теплоакумулюючих матеріалів, які мають іншу структуру, а саме, наповнювачі у вигляді наночастинок металів, в тому числі оптичними методами. Результати фундаментальних досліджень теплофізичних процесів стали основою для обґрунтування доцільності і визначення напрямів оптимізації технології виготовлення високоефективних акумуляційних апаратів та підвищення ефективності роботи системи енергозабезпечення споживачів з теплоакумуляторами в цілому.
Враховуючи вагомі наукові досягнення в галузі фундаментальних досліджень та актуальність наукової розробки циклу наукових праць «Комбіновані акумулятори енергії на основі фазоперехідних органічних сполук з наночастинками металів» вважаю, що її автори заслуговують на присудження премії Президента України для молодих вчених у 2018 році.
Доцент кафедри електричних машин і експлуатації електрообладнання Національного університету біоресурсів і природокористування України, к.т.н., доц. Окушко Олександр Володимирович

Joanna Aleksiejuk

На основі аналізу робіт у сфері акумулювання енергії, їх класифікаційних ознак та функціональних особливостей авторами циклу праць Є.О. Антиповим, В.І. Троханяком «Комбіновані акумулятори енергії на основі фазоперехідних органічних сполук з наночастинками металів» запропонований новий, комплексний підхід для дослідження процесів тепло- і масопереносу при фазових перетвореннях акумулюючого матеріалу, який у світовій та вітчизняній науці був вперше застосований для дослідження процесів плавлення/кристалізації навколо декількох циліндричних джерел теплоти, які розміщені в об’ємі теплоакумулюючого матеріалу органічного походження. Використані авторами нові принципи побудови акумуляторів теплоти фазового переходу на основі органічних сполук з наповнювачами у вигляді наночастинок металів, які були адаптовані для вирішення задач з оптимізації конструкцій теплоакумуляторів, у кінцевому результаті, уможливили проведення процесів акумулювання теплової енергії при фазових перетвореннях акумулюючого матеріалу органічного походження в найбільш оптимальному режимі.
Вважаю, що Є.О. Антипов та В.І. Троханяк заслуговують на присудження премії Президента України для молодих вчених у 2018 році.

Д-р інж. відділу інженерії продукції Варшавського університету наук про життя, д-р інж. Джоанна Алєксіюк (Dr. inż. Wydziału Inżynierii Produkcji Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie, Joanna Aleksiejuk)

Гість

Постійне зростання цін на традиційні паливно-енергетичні ресурси, їх обмеженість та вичерпність, а також негативний вплив продуктів згоряння на екологічну ситуацію в державі й світі, свідчать про необхідність створення й впровадження нових комбінованих систем енергозабезпечення, у тому числі й з використанням акумуляторів енергії різних типів, що дає змогу не лише підвищити ефективність використання теплової та електричної енергії, а й знизити її вартість.
Найбільш перспективними з усіх типів існуючих конструкцій теплоакумуляторів є акумулятори з фазовими або хімічними перетвореннями акумулюючого матеріалу, що дають змогу забезпечити порівняно високу щільність накопичення енергії і стабільну температуру на його виході. Проте, таким конструкціям властиві певні недоліки, зокрема, висока вартість та трудомісткість виготовлення теплообмінної поверхні. Тому одним з можливих шляхів удосконалення такого обладнання, як найбільш перспективний, є створення акумулятора енергії, в якому б поєднувалось ємнісне акумулювання та акумулювання теплоти фазових перетворень відповідного матеріалу з використанням первинних джерел теплової та електричної енергії. Такий спосіб реалізації системи акумулювання енергії дає змогу знизити її вартість порівняно з використанням декількох окремих незалежних джерел.
З огляду на це, виникає необхідність проведення досліджень процесів тепло- і масопереносу під час акумулювання енергії і, на підставі цього, розроблення нових або вдосконалення існуючих типів теплових акумуляторів. Вирішення зазначених вище наукових завдань є актуальним у галузі забезпечення потреб споживачів тепловою та електричною енергією.
Представлена робота авторів Антипов Є.О., Троханяк В.І. «Комбіновані акумулятори енергії на основі фазоперехідних органічних сполук з наночастинками металів» містить вагомі для науки дослідження, виконана на належному науково-технічному, методичному та фаховому рівні, а її автори заслуговують на присудження премії Президента України для молодих вчених у 2018 році.

Доцент кафедри машинознавства та транспорту Тернопільського національного педагогічного університету імені Володимира Гнатюка, к.т.н., доцент Рутило Микола Іванович.

Олександра Клендій

Робота авторів Антипов Є.О., Троханяк В.І. «Комбіновані акумулятори енергії на основі фазоперехідних органічних сполук з наночастинками металів» є актуальною у зв'язку з тим, що в даний час необхідно шукати шляхи ефективного використання теплової та електричної енергії, а також і знизити її вартість для побутових споживачів, індивідуальних фермерських господарств, житлових будинків котеджного типу тощо. З метою підвищення робочих характеристик акумуляторів теплоти при використанні фазоперехідних теплоакумулюючих матеріалів органічного походження, представлено удосконалену конструкцію акумулятора теплоти на основі фазоперехідних органічних сполук з наповнювачами у вигляді наночастинок металів. Проведено теоретичне та експериментальне дослідження та комп’ютерне моделювання процесів тепло- і масопереносу в акумулюючому матеріалі фазового переходу теплоакумулятора під час роботи даного устаткування. Виконано порівняльний аналіз теплоакумуляційної ефективності запропонованої конструкції акумулятора теплоти фазового переходу з традиційними теплоакумуляторами.
Дана робота містить комплексні дослідження, виконана на високому науково-технічному рівні, а її автори заслуговують на присудження премії Президента України для молодих вчених у 2018 році.

Доцент кафедри загальноінженерної підготовки Відокремленого підрозділу Національного університету біоресурсів і природокористування України "Бережанський агротехнічний інститут", к.т.н. Клендій Олександра Миколаївна

Світлана Тарасенко

Робота авторів Антипов Є.О., Троханяк В.І. «Комбіновані акумулятори енергії на основі фазоперехідних органічних сполук з наночастинками металів» присвячена пошуку нових шляхів підвищення ефективності технології акумулювання теплової енергії, її вдосконалення та оптимізацію, що дасть змогу розробити нові або вдосконалити вже існуючі конструкції акумуляторів теплоти фазового переходу. Розроблено вдосконалену конструкцію комбінованого акумулятора енергії, проведено її ексергетичний аналіз, показано економічний ефект від використання акумулятора теплоти вдосконаленої конструкції порівняно зі зразком-аналогом. Вирішення зазначених задач є актуальним для забезпечення потреб у тепловій енергії побутових споживачів, індивідуальних фермерських господарств, житлових будинків котеджного типу тощо.
Вважаю, що автори роботи заслуговують на присудження премії Президента України для молодих вчених у 2018 році.

Доцент кафедри теплоенергетики Національного університету біоресурсів і природокористування України, к.т.н., доцент Тарасенко Світлана Євгенівна.

Залишити новий коментар

Вміст цього поля є приватним і не буде доступний широкому загалу.
CAPTCHA
Для запобігання від спаму, щоб залишити коментар введіть будь ласка символи,які зображені нижче. Дякуємо за розуміня.