Устройство сферической формы для исследования сжимаемости газов в области мегабарных давлений

Авторы патента:

Огородников Владимир Александрович (RU)

Комраков Владислав Александрович (RU)

G01N7/00 - Анализ материалов путем измерения давления или объема газа или паров

B01J3/08 - использование ударных волн для проведения химических реакций или для модификации кристаллической структуры веществ (взрывные работы F42D)

B01J2203/00 - Химические или физические процессы, например катализ, коллоидная химия; аппараты для их проведения (способы или устройства специального назначения, см. соответствующие классы для этих способов или устройств, например F26B 3/08).

Владельцы патента RU 2791575:

Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") (RU)
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") (RU)

Изобретение относится к области исследований квазиизэнтропической сжимаемости газов в мегабарной области давлений. Раскрыто устройство сферической формы для исследования сжимаемости газов в области мегабарных давлений, содержащее заряд взрывчатого вещества, охватывающий двухкаскадную металлическую камеру с полостями для напуска газа посредством коаксиального трубопровода, проходящего через заряд и камеру, каждый каскад которой включает две соединенные между собой полуоболочки, при этом двухкаскадная камера содержит внутреннюю оболочку из сплава вольфрама, которая имеет меньшую толщину, чем наружная, и окружена демпфирующей оболочкой из капролона, которая одновременно является крепежным элементом внутреннего каскада в полости внешнего каскада, при этом полуоболочки каскадов соединены между собой посредством лазерной сварки в вакууме. Изобретение обеспечивает расширение функциональных возможностей устройства для исследования сжимаемости газов путем расширения диапазона термодинамического давления, реализующегося в газовой полости устройства в момент максимального сжатия, при сохранении размеров газовой полости в момент максимального сжатия. 1 ил., 1 пр.

Изобретение относится к области исследований сжимаемости газов в мегабарной области давлений, в частности для квазиизэнтрогшческого сжатия гелия до давлений выше 200 мегабар.

Использование экспериментальной техники мощных ударных волн для изучения экстремальных состояний изотопов водорода, как одного из элементов энергетики будущего, является сегодня основным источником информации о поведении сильно сжатой плазмы в области высоких температур и давлений мегабарного уровня.

Существующие цилиндрические (патент RU 2471545, публик. 10.01.2013) и сферические устройства (RU 2545289, публик. 27.03.2015) для квазиизэнтропического сжатия содержат заряд мощного взрывчатого вещества (ВВ) и металлическую камеру высокого давления с газовой полостью. Для повышения уровня достигаемых давлений при снижении его необратимого нагрева такие камеры выполняют многокаскадными (патент RU 168263, публик. 25.01.2017), а между камерой и зарядом ВВ могут располагаться прокладки из материалов с низким динамическим импедансом - оргстекло, капролон или газ. При этом, верификацию уравнений состояния исследуемых газов и их смесей осуществляют сравнением расчетной и экспериментально измеренной диаграммой сжатия газовой полости (патент RU 2660884, публик. 10.07.2018). Критерием корректности проводимых расчетов является воспроизведение динамики движения ударных волн, лайнеров и сжатия полости с газом на всех стадиях работы устройства вплоть до момента, когда происходит остановка и последующий разлет после его торможения на исследуемом газе.

Известно устройство сферической формы для исследования квазиизэнтропической сжимаемости газов в области мегабарных давлений (М.А. Мочалов, Р.И. Илькаев, В.Е. Фортов и др., «Измерение квазиизэнтропической сжимаемости газообразного гелия при давлении - 10 ТПа», Письма в ЖЭТФ 108, стр. 692-696, 2018 г.), выбранное в качестве наиболее близкого аналога. Устройство содержит сферический заряд взрывчатого вещества, охватывающий двухкаскадную металлическую камеру с двумя полостями для исследуемых газов. Каждый каскад включает две стальных полуоболочки, соединенных между собой посредством пайки медью в вакууме. Напуск газа в указанные полости производят посредством системы наполнения по трубопроводу, который проходит через заряд ВВ и оболочку. Сжатие исследуемого газа в полости внутреннего каскада осуществляется серией сферически сходящихся и отраженных от центра устройства ударных волн, циркулирующих в объеме газа, и под действием двух каскадов, сходящихся к центру. Этот процесс близок к изэнтропическому, так как большая часть набора энтропии газа происходит при прохождении первой ударной волны.

Для достижения более высоких давлений в исследуемом газе при использовании ближайшего аналога необходимо повышать мощность ВВ и уменьшать диаметр внутреннего каскада. При этом уменьшается радиус остановки этого каскада до предельных значений, допустимых для их разрешения используемой аппаратурой с возрастанием возмущений, что является недостатком данного устройства.

Технический результат, достигаемый при осуществлении заявляемого изобретения, заключается в расширении функциональных возможностей устройства для исследования сжимаемости газов путем расширения диапазона термодинамического давления, реализующегося в газовой полости устройства в момент максимального сжатия, при сохранении размеров газовой полости в момент максимального сжатия.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в устройстве сферической формы для исследования сжимаемости газов в области мегабарных давлений, содержащем заряд ВВ, охватывающий двухкаскадную металлическую камеру с полостями для напуска газа посредством коаксиального трубопровода, проходящего через заряд и камеру, каждый каскад которой включает две соединенные между собой полуоболочки, новым является то, что двухкаскадная камера содержит внутреннюю оболочку из сплава вольфрама, которая имеет меньшую толщину, чем наружная и окружена демпфирующей оболочкой из капролона, которая одновременно является крепежным элементом внутреннего каскада в полости внешнего каскада, при этом полуоболочки каскадов соединены между собой посредством лазерной сварки в вакууме.

Выполнение оболочки из сплава вольфрама (ВНЖ-95) и окружение внутреннего каскада сферической капролоновой оболочкой, с помощью которой осуществляется крепление вольфрамовой оболочки во внешнем каскаде и обеспечивается дополнительное смягчение при передаче кинетической энергии от первого каскада ко второму, приводит к уменьшению необратимого нагрева исследуемого газа по сравнению с конструкцией без нее, а утоненная вольфрамовая оболочка второго каскада -к увеличению передаваемой ей кинетической энергии. В совокупности это обеспечивает технический результат расширения диапазона реализуемых давлений.

Заявляемое устройство поясняется фигурой, где:

1 - заряд ВВ;

2 и 5 - газовые полости;

3 - внутренний каскад двухкаскадного устройства;

4 - оболочка из капролона;

6 - внешний каскад двухкаскадного устройства;

7 - прокладка из оргстекла;

8 - трубопровод для напуска газа.

Примером конкретного выполнения заявляемого устройства может служить нагружающее устройство для квазиизэнтропического сжатия гелия до давлений выше 200 Мбар

Устройство сферической формы содержит заряд ВВ 1 сферической формы, охватывающий оболочку из оргстекла 7, которая в свою очередь охватывает двухкаскадную металлическую камеру 3, 6 с полостями 2, 5 для напуска газа, трубопровод 8. Второй каскад металлической камеры 3 охватывается оболочкой из капролона 4. Каждый каскад 3 (6) металлической камеры включает две полуоболочки, соединенные между собой посредством лазерной сварки в вакууме. Трубопровод 8 проходит через заряд ВВ 1 сферической формы и предназначен для напуска газа в полости 2 и 5. Испытание всего устройства на прочность и герметичность осуществляется после размещения оболочки 3 в полости оболочки 6.

Заявленное устройство сферической формы для исследования сжимаемости газов в области мегабарных давлений работает следующим образом. Предварительно полости 2 и 5 заполняют исследуемым газом (например, гелием) при давлении 250 атм. При подрыве заряда ВВ 1 детонационная волна проходит оболочку из оргстекла 7 и первый каскад металлической оболочки 6 и формируется в ударную волну, последовательно сжимающую газ в полостях 2 и 5. При отражении ударной волны от геометрического центра в полости 2 формируется серия сферически сходящихся и отраженных ударных волн, циркулирующих в объеме газа и сжимающих его. Дополнительное сжатие газа осуществляется под действием оболочек 3 и 6, сходящихся к центру. Капролоновая оболочка 4 обеспечивает дополнительное смягчение при передаче кинетической энергии от первого каскада металлической оболочки 6 ко второму 3, что приводит к уменьшению необратимого нагрева исследуемого газа 2 по сравнению с конструкцией без подобной оболочки и увеличению кинетической энергии, передаваемой второму каскаду металлической оболочки и, как следствие, увеличению давления, реализующегося в газовой полости 2 в момент максимального сжатия.

Заявляемое устройство позволило расширить диапазон термодинамического давления, реализующегося в газовой полости устройства в момент максимального сжатия, при сохранении размеров газовой полости в момент максимального сжатия. Так, например, в сферическом устройстве из статьи (ЖЭТФ 160, 735-756. 2021) в момент максимального сжатия с радиусом остановки ~ 3,8 мм реализуется давление газа ~ 18000 ГПа. а в предлагаемом изобретении при радиусе остановки ~ 4,2 мм реализуется давление - 22000 ГПа.

Устройство сферической формы для исследования сжимаемости газов в области мегабарных давлений, содержащее заряд взрывчатого вещества, охватывающий двухкаскадную металлическую камеру с полостями для напуска газа посредством коаксиального трубопровода, проходящего через заряд и камеру, каждый каскад которой включает две соединенные между собой полуоболочки, отличающееся тем, что двухкаскадная камера содержит внутреннюю оболочку из сплава вольфрама, которая имеет меньшую толщину, чем наружная, и окружена демпфирующей оболочкой из капролона, которая одновременно является крепежным элементом внутреннего каскада в полости внешнего каскада, при этом полуоболочки каскадов соединены между собой посредством лазерной сварки в вакууме.

Изобретение относится к способам определения равновесных термобарических параметров образования гидратов из смеси сжиженных газов и может быть использовано в нефтяной, газовой и химической промышленности. Способ определения равновесных термобарических параметров образования гидратов из смеси сжиженных газов включает определение компонентного состава и температуры гидратообразующей смеси, давления образования в ней гидратов каждого компонента и смеси по расчетным формулам с использованием в них коэффициентов при этом давление образования в ней гидратов каждого компонента смеси определяют по формуле: , где T - температура смеси (К); Pi - равновесное давление каждого i-го компонента (МПа); a, b, c - коэффициенты; а равновесное давление смеси - по формуле: , где Xi - мольная доля i-го жидкого компонента в гидрате.

Способ определения содержания свободного газа на приеме скважинного насоса // 2775186

Изобретение относится к способу определения содержания свободного газа на приеме скважинного насоса. Способ основан на использовании датчика давления в зоне приема насоса.

Устройство для исследования квазиизэнтропической сжимаемости газов // 2768669

Изобретение относится к области исследований квазиизэнтропической сжимаемости газов в мегабарной области давлений. Устройство для исследования квазиизэнтропической сжимаемости газов содержит цилиндрический заряд взрывчатого вещества, внутри которого коаксиально последовательно установлены цилиндрические прокладка, выполненная из оргстекла или полиэтилена, первая и вторая стальные оболочки.

Устройство, способ и система мониторинга // 2743487

Изобретение относится к области электротехники, а именно к пространственному и временному мониторингу материала, и может быть использовано в промышленности и экспериментальных процессах. Представлены устройство, система и способ для применения в регистрации данных от текучей среды внутри области материала при проведении кучного выщелачивания.

Система и способ построения модели энергосистемы и проведения расчетов режимов энергосистемы и модель системы накопления электрической энергии, предназначенная для включения в систему // 2736701

Изобретение относится к области электроэнергетики. Сущность: система для построения модели энергосистемы и проведения расчетов режимов энергосистемы содержит расчетное ядро, интерфейс оператора, базу данных, включающую набор моделей типового оборудования, подсистему формирования модели энергосистемы, включающую блок добавления элементов энергосистемы и блок задания параметров оборудования.

Умные колпачки для емкостей с лекарственными препаратами // 2736482

Группа изобретений относится к фармацевтике. Раскрыт колпачок для емкости с лекарственным препаратом, состоящий из по крайней мере одного датчика давления; блока подачи воздуха и контроллера, сконфигурированного таким образом, чтобы получать результаты первого измерения давления воздуха внутри емкости с лекарственным препаратом от по крайней мере одного датчика давления; контролировать блок подачи воздуха для подачи воздуха с заданным давлением в течение заданного промежутка времени; получать результаты второго измерения давления воздуха внутри емкости с лекарственным препаратом от по крайней мере одного датчика давления; а также выполнять операцию вывода с использованием результатов первого и второго измерений давления воздуха.

Система, устройство и способ для мониторинга органических соединений в газовой среде // 2733529

Изобретение относится к системе и устройству микромониторинга. Система для анализа по меньшей мере одного химического соединения в газовой смеси, содержащая: пробоотборный вход; фильтр; ловушку; хроматографическую колонку; детектор; и насос, причем пробоотборный вход, ловушка и насос соединены по текучей среде с образованием первого пути потока газа, в котором насос расположен ниже пробоотборного входа и ловушки по ходу потока, причем пробоотборный вход, фильтр, ловушка, хроматографическая колонка, детектор и насос соединены по текучей среде с образованием второго пути потока газа, в котором насос расположен ниже всех указанных компонентов по ходу потока, при этом газовая смесь представляет собой воздух.

Способ (варианты) и система для управления двигателем на основе оценки влажности окружающего воздуха с помощью датчика содержания кислорода // 2718095

Изобретение относится к способу и системе для управления двигателем на основе влажности окружающего воздуха на основе выходных сигналов от датчиков содержания кислорода во всасываемом воздухе или в отработавших газах. В соответствии с одним из вариантов, возможно управление работой датчика содержания кислорода в режиме датчика с напряжением, изменяемым между более низким первым напряжением и более высоким вторым напряжением, с целью получения показания содержания кислорода в сухом воздухе.

Способ измерения растворимости вещества в растворителе, находящемся в сверхкритическом флюидном состоянии // 2703613

Изобретение относится к анализу состава раствора, а именно к измерению взаимной растворимости веществ в твердом или жидком состояниях и растворителя, находящегося в сверхкритическом флюидном состоянии. Способ измерения растворимости вещества в растворителе, находящемся в сверхкритическом флюидном состоянии, ведут в замкнутом объеме при заданных значениях температуры и давления и интенсивном перемешивании вещества, взятого в избытке, до состояния насыщения с последующим отстаиванием для достижения равновесия, отличающийся тем, что вначале ведут построение графика зависимости изменения растворимости вещества в растворителе, находящемся в сверхкритическом флюидном состоянии, от давления не менее чем при двух температурах и минимум для трех значений давления, затем определяют значения давлений первой и второй кроссоверных точек, находящихся на пересечении, двух изотерм и интервал значений давлений между первой и второй кроссоверными точками термодинамической системы, после чего осуществляют насыщение растворителя веществом при температуре ниже заданной температуры для давлений между первой и второй кроссоверными точками или при температуре выше заданной температуры для давлений выше второй кроссоверной точки, а после перемешивания перед отстаиванием устанавливают заданное значение температуры, о достижении состояния насыщения судят по величине постоянства растворимости на графике изменения растворимости во времени.

Способ определения равновесных термобарических условий образования и диссоциации газовых гидратов // 2694272

Изобретение относится к способам определения равновесных термобарических условий образования и диссоциации газовых гидратов, нахождение которых является важным при предотвращении образования и ликвидации техногенных гидратов, а также добычи газа на месторождениях природных гидратов. Предлагаемый способ определения равновесных термобарических условий образования и диссоциации газовых гидратов включает определение компонентного состава гидратообразующих газов, входящих в смесь, ее исходных температуры или давления, а равновесные температуру или давление рассчитывают по соответствующим формулам для двух диапазонов, разделенных граничной температурной точкой, причем величину граничной температурной точки определяют по формуле где Т - величина граничной температурной точки, К; Ма и MG - молекулярные массы воздуха и газа-гидратообразователя; Р - исходное давление смеси, МПа.

Технологический процесс для производства улучшенного дизельного топлива // 2786388

Изобретение относится к способу получения дизельного топлива. Предложен способ получения дизельного топлива, включающий: a) смешивание и гомогенизирование первого потока (SD), содержащего коммерческое дизельное топливо; второго потока (S1) первой добавки, содержащей смесь этоксилированных сложных эфиров, которые используются как поверхностно-активное вещество; третьего потока (S2), содержащего вторую добавку, включающую водную эмульсию, содержащую смесь водорастворимых поверхностно-активных веществ и ароматических углеводородов, для получения потока, содержащего SD + S1 + S2; и b) переработку дизельного топлива, полученного на шаге a) в биполярное дизельное топливо посредством воздействия управляемой кавитацией внутри реактора мощности ударной волны, имеющего ротор, с целью получения дизельного топлива.