Навчально-наукова лабораторія «Лабораторія термомолекулярної енергетики»

Науковий напрямок «термомолекулярна енергетика» розвивається в ІЕЕ з моменту Наказу №2-206 від 13.10.2004 про створення Міжфакультетської науково-дослідної лабораторії термомолекулярної енергетики, науковий керівник д.т.н., проф. В.А.Єрошенко (1940-2015).

Термомолекулярна енергетика вирішує завдання ефективного акумулювання, перетворення і дисипації енергії в термомеханических системах з використанням принципово нових фізико-енергетичних принципів.

На відміну від традиційних робочих тіл (газ або пар) вперше в світі в кінці 90-х років було запропоновано використовувати в термомеханичних системах міжфазну поверхню в гетерогенних ліофобних системах (в репульсивних клатратах) для накопичення і перетворення енергії (автор – професор В.А. Єрошенко, Київський політехнічний інститут).

За період 2004-2015 рр. співробітниками МНДЛ ТМЕ було отримано наступні результати:

  • виконання науково-технічних досліджень за 5 держбюджетними НДР (керівник – д.т.н., проф. В.А. Єрошенко)
  • опубліковано 14 наукових статей, що індексуються наукометричними базами Scopus, Web of Science;
  • опубліковано 9 наукових статей у фахових виданнях;
  • оформлено 1 патент на корисну модель;
  • захищено 2 кандидатські дисертації (В.П. Студенець, Я.Г. Гросу, наук. керівник – д.т.н., проф. В.А. Єрошенко).

З 2016р. в ІЕЕ працює Навчально-наукова Лабораторія термомолекулярної енергетики, науковий керівник к.т.н., доц. В.П. Студенець. У відповідності з Положенням про Лабораторію ТМЕ ІЕЕ, її співробітники у 2016-2023 рр. отримали наступні результати.

  1. Навчально-методична робота

Проведення циклу практичних занять з 2-х дисциплін

(В.П. Студенець, М.М. Цирін):

  • Основи термомолекулярної енергетики та технологій (для магістрів-науковців, ІЕЕ);
  • Особливості термодинаміки складних систем, тема 3. Термодинаміка міжфазної поверхні (для PhD-студентів ІЕЕ, ТЕФ).
  1. Науково-інноваційна діяльність

Протягом 2016-2022 рр. на базі Лабораторії ТМЕ проведено наступні наукові дослідження та отримано наступні результати:

  • виконання науково-технічних досліджень за 1 держбюджетною НДР (керівник – к.т.н., доц. В.П. Студенець);
  • за результатами попередніх досліджень підготовлено інноваційну розробку «Робочі зразки термомолекулярних демпферів-дисипаторів на прикладі автомобільного амортизатора», яка ввійшла до збірки «Інноваційні розробки КПІ ім. Ігоря Сікорського», 2017.
  • опубліковано 1 монографію та 1 розділ закордонної монографії;
  • опубліковано 10 наукових статей, що індексуються наукометричними базами Scopus, Web of Science;
  • співробітники Лабораторії ТМЕ прийняли участь у 4 закордонних наукових конференціях;
  • захищено 1 кандидатську дисертацію (О.В. Євтушенко, наук. керівник – д.т.н., проф. В.А. Єрошенко).
  • проведення наукових досліджень за темами 2-х PhD-студентів (В.В. Бондаренко, І.І. Лептюхов (наук. керівник – к.т.н., доц. Студенець В.П.).

У 2021 році, за результатами конкурсу H2020-FETPROACT-2018-2020 (FET Proactive – Boosting emerging technologies) почалось виконання міжнародного проекту «Electro-Intrusion» за програмою HORIZON 2020. Координатором проєкту є Ярослав Гросу (Dr. Yaroslav Grosu, CIC energigune, Spain), екс-співробітник Лабораторії ТМЕ ІЕЕ. Україну в міжнародному консорціумі, у склад якого входять наукові колективи з шести європейських країн (Іспанія, Італія, Україна, Польща, Великобританія, Бельгія) представляє Лабораторія термомолекулярної енергетики, НН ІЕЕ, КПІ ім.Ігоря Сікорського (науковий керівник – к.т.н., доц. В.П.Студенець).

ПЕРСПЕКТИВИ РОЗВИТКУ ЛАБОРАТОРІЇ ТМЕ

(план навчально-методичної та науково-інноваційної діяльності)

  1. Навчально-методична робота.

Відповідно до навчальних та робочих програм на 2022-2023 навчальний рік, на базі Лабораторії ТМЕ, прочитати лекційні курси з наступних дисциплін (розробник – к.т.н., доц. Студенець В.П.):

  • Основи термомолекулярної енергетики та технологій

(для магістрів-науковців 5 курсу, спеціальність ОТ, НН ІЕЕ);

  • Особливості термодинаміки складних систем

(для PhD-студентів 1 курсу, спеціальність 144 Теплоенергетика, НН ІАТЕ, НН ІЕЕ)

 

Тематика проведених лабораторно-практичних занять

(доц. Студенець В.П., інж. Цирін М.М.):

  • Дослідження ізотерм стиснення-розширення гетерогенних ліофобних систем (4 год.)
  • Дослідження PV-діаграми роботи ТМЕ-енергопристроїв різного класу (6 год.).

 

Впровадження в навчальний процес

(доц. Студенець В.П., інж. Цирін М.М.):

результати, отримані при виконанні наукових досліджень за 2021-2022 рр. використати при підготовці нового розділу «ТМЕ-акумулятори на базі ГЛС» дисципліни «Основи термомолекулярної енергетики та технологій» для магістрів-науковців зазначеної спеціальності.

 

  1. Науково-інноваційна діяльність.

Протягом 2022-2023 навчального року на базі Лабораторії ТМЕ провести наступні наукові дослідження і отримати наступні результати:

  • у 2022-2023 році продовжити виконання міжнародного проекту за програмою HORIZON 2020 «Одночасне перетворення теплоти навколишнього середовища та небажаних вібрацій в електроенергію за допомоги нанотрибоелектрифікації під час інтрузії/ екструзії рідини, що не змочує, в нанопори/ з нанопор. (Simultaneous transformation of ambient heat and undesired vibrations into electricity via nanotriboelectrification during non-wetting liquid intrusion-extrusion into-from nanopores)» (доц. Студенець В.П., інж. Цирін М.М.);
  • опублікувати 2 статті у журналах та збірниках наукових праць, що входять до наукометричних баз даних Scopus, Web of Science

(доц. Студенець В.П., інж. Цирін М.М.);

  • підготувати до розгляду та подачі матеріали докторської дисертації (травень 2023, доц. Студенець В.П.).

 

ПЕРЕЛІК публікацій НН Лаб.ТМЕ за 2004-2022 рр.

Монографії

  1. Потужна дисипація енергії коливань гірничих машин гетерогенними ліофобними системами: монографія / В.А. Єрошенко, В.М. Сліденко, С.П. Шевчук, В.П. Студенець. – Київ: НТУУ «КПІ», Вид-во «Політехніка», 2016. – 184 с. – Бібліогр.: 176-180 с. – 300 пр.
  2. P. Stoudenets, N.N. Tsyrin, O.V. Ievtushenko. Solar Power Systems Based on Stirling Cycle Machines & Thermomolecular Technology // Management of Technological Processes in Energy Technologies / General editorship of A.M. Pavlenko. Politechnica Świetokrzyska Kielce University of Technology. – Kielce, 2019. – P.146-184.

Патенти

  1. Патент на корисну модель. UA Пристрій для стабілізації динамічного процесу руйнування міцного грунту або гірських порід. Єрошенко В.А., Сліденко В.М., Студенець В.П., Лістовщик Л.К., Лесик В.С., Цирін М.М. Номер заявки: u 2013 11667. Дата подачі заявки: 03.10.2013. Дата, з якої є чинними права: 10.04.2014. Публ. 10.04.2014, Бюл. №7.

Статті

  1. Студенец В.П. Теплофизические особенности процесса расширения рабочих тел на базе высокодисперсных лиофобных систем. Промышленная теплотехника, 2006, т.28, №6, с.91-93.
  2. Студенец В.П. Теплофизические особенности процесса сжатия рабочих тел на базе высокодисперсных лиофобных систем. Промышленная теплотехника, 2007, т.29, №7, с.218-221.
  3. Eroshenko V.A. A New Paradigm of mechanical Energy Dissipation. Part 1: Theoretical Aspects and Practical Solutions. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering, Vol.221, Number 3/2007, pp.285-300
  4. Eroshenko V.A., Piatiletov I.I., Coiffard L. and Stoudenets V.P. A New Paradigm of Mechanical Energy Dissipation. Part 2: Experimental Investigation and Effectiveness of a Novel Damper. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering, Vol.221, Number 3/2007, pp.301-312
  5. Ерошенко В.А., Евтушенко А.В. Проблема корректного определения механического эквивалента теплоты // Промышленная теплотехника, 2010. – № 5. – с.88-99.
  6. Ерошенко В.А., Студенец В.П., Пятилетов И.И., Щученко В.Ю. Применение репульсивних клатратов для устройств и систем обеспечения сейсмостойкости сооружений. Строительство и техногенная безопасность. Сборник научных трудов. Выпуск 35, 2011, С.127-132.
  7. Ерошенко В.А., Гросу Я.Г. Свойства гетерогенных лиофобных систем на базе разнопористых матриц. Промышленная теплотехника. – 2011. – т.33. – №6. – с.73-79.
  8. В.А. Ерошенко, Т.Л. Ярош. Синтез жидкостей с большим значением температурного коэффициента поверхностного натяжения – перспективный путь энерго- и материалосбережения. – Наукові вісті НТУУ «КПІ». – 2012. – №2. – с.37-49.
  9. Eroshenko, V.A., & Lazarev, Y.F. (2012). Rheology and dynamics of repulsive clathrates. Journal of Applied Mechanics and Technical Physics, 53(1), 98-112.
  10. A.V. Yevtushenko, V.P. Stoudenets, V.A. Eroshenko. Effective Thermal Conductivity of Heterogeneous Lyophobic Nanosystems for Use in Thermomechanical Energy Devices. International Journal of Thermal Sciences, 62 (2012) 103-108.
  11. O.V. Ievtushenko, V.A. Eroshenko, Y.G. Grosu, J.-M. Nedelec, J-P. E. Grolier.Evolution of the energetic characteristics of {silicalite-1 + water} repulsive clathrates in a wide temperature range. Chem. Chem. Phys., 15(12), p. 4451 (2013).
  12. A. Eroshenko, Y.G. Grosu. Thermodynamic and Operational Properties of Heterogeneous Lyophobic Systems. International Journal of Thermodynamics. Vol. 16 (No. 1), pp. 1-9, 2013
  13. В.А. Ерошенко, Я.Г. Гросу. Соотношения Максвелла и термические коэффициенты для репульсивных клатратов. Журнал технической физики, 2013, том 83, вып. 8
  14. В. А. Ерошенко, Я. Г. Гросу. Необычные термомеханические и теплофизические свойства репульсивных клатратов. Прикладная механика и техническая физика. №5,C.129-141,
  15. Гросу Я. Явище аномального від’ємного термічного розширення у конденсованій гетерогенній ліофобній системі / Я. Гросу, В. Єрошенко, О. Євтушенко, Ж. Неделек, Ж. П. Е. Грол’є // Український фізичний журнал. –– 2014. –– No. 1. –– P. 70 –– 79.
  16. Ерошенко, В.А., Суздальская, Е.И., & Гросу, Я.Г. Транспортная и метрологическая задачи в динамике течения различных флюидов. Энергосбережение. Энергетика. Энергоаудит, 2014, (2), 34-47.
  17. 17.  Grosu, Y., Ievtushenko, O., Eroshenko, V., Nedelec, J. M., & Grolier, J. P. E. Water intrusion/extrusion in hydrophobized mesoporous silica gel in a wide temperature range: Capillarity, bubble nucleation and line tension effects. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. Vol. 441, P. 549–555, 2014.
  18. Eroshenko, V.A., & Popyk, A. (2014). Current Status and Perspectives of Thermomolecular Engine Developments. International Journal of Thermodynamics (IJoT), 17(1), 33-41.
  19. В.А. Єрошенко, В.М. Сліденко. Гетерогенні ліофобні системи – потужні дисипатори енергії коливань в гідромеханічних системах. «Енергетика: економіка, технології, екологія». – Вип. №2. Київ 2015. с. 16-21.
  20. Grosu, Y., Eroshenko, V., Nedelec, J. M., & Grolier, J. P. E. (2015). A new working mode for molecular springs: water intrusion induced by cooling and associated isobaric heat capacity change of a {ZIF-8+ water} system. Physical Chemistry Chemical Physics, 17(3), 1572-1574.
  21. Grosu, Y., Renaudin, G., Eroshenko, V., Nedelec, J. M., & Grolier, J. P. (2015). Synergetic effect of temperature and pressure on energetic and structural characteristics of {ZIF-8+ water} molecular spring. Nanoscale, 7(19), 8803-8810.
  22. V. Eroshenko, Ya. Grosu, N.N. Tsyrin, V.P. Stoudenets, J-M. Nedelec, J-P.E. Grolier (2015). Exceptionally large and controlled effect of negative thermal expansion in porous heterogeneous lyophobic systems. Journal of Physical Chemistry C. 119 (19), 10266-10272.
  23. Yaroslav Grosu, Sandrine Gomes, Guillaume Renaudin, Jean-Pierre E. Grolier, Valentine Eroshenko and Jean-Marie Nedelec. Stability of zeolitic imidazolate frameworks: effect of forced water intrusion and framework flexibility dynamics.  RSC Adv., 2015, 5,  89498-89502.
  24. Y. Grosu, M. Li, Y.-L. Peng, D. Luo, D. Li, A. Faik, J.-M. Nedelec, J.-P. Grolier. A Highly Stable Nonhysteretic {Cu2(tebpz) MOF+water} Molecular Spring // ChemPhysChem 2016, 17, 3359-3364.
  25. Yaroslav Grosu, Abdessamad Faik, Jean-Marie Nedelec, and Jean-Pierre Grolier. Reversible Wetting in Nanopores for Thermal Expansivity Control: From Extreme Dilatation to Unprecedented Negative Thermal Expansion // The Journal of Physical Chemistry, DOI: 10.1021/acs/jpcc7b02616, Published: May 5, 2017.
  26. Grosu Y., Mierzwa M., Eroshenko V.A., Pawlus S., Chorażewski M., Nedelec J.M., Grolier J.E. Mechanical, Thermal, and Electrical Energy Storage in a Single Working Body: Electrification and Thermal Effects upon Pressure-Induced Water Intrusion–Extrusion in Nanoporous Solids // ACS Applied Materials & Interfaces, 2017 Mar 1;9(8):7044-7049
  27. Alexander Lowe, Nikolay Tsyrin, Mirosław Chorązewski, Paweł Zajdel, Michał Mierzwa, Juscelino B. Leao, Markus Bleuel, Tong Feng, Dong Luo, Mian Li, Dan Li, Victor Stoudenets, Sebastian Pawlus, Abdessamad Faik, and Yaroslav Grosu. Effect of Flexibility and Nanotriboelectrification on the Dynamic Reversibility of Water Intrusion into Nanopores: Pressure-Transmitting Fluid with Frequency-Dependent Dissipation Capability // ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11, 40842−40849.
  28. Victor Stoudenets and Nikolay Tsyrin. Thermomolecular Accumulator for Touring Bicycle // EREE 2019 IOP Conference Series: Earth and Environmental Science 464 (2020) 012011
  29. V.Bondarenko, A.Faik, Y.Grosu, V.Stoudenets. Energy Consumption Determination of the Heat Storage Device Based on the Phase Change Material Depending on the Temperature Ranges // Rocznik Ochrona Srodowiska, v.22, 2020.
  30. Lowe AR, Wong WS, Tsyrin N, Chorążewski MA, Zaki A, Geppert-Rybczyńska M, Stoudenets V, Tricoli A, Faik A, Grosu Y. The Effect of Surface Entropy on the Heat of Non-Wetting Liquid Intrusion into Nanopores. Langmuir. 2021 Apr 12.
  31. Paweł Zajdel, Robin Babu, David Madden, Nikolay Tsyrin, David Fairen-Jimenez, Alexander R Lowe, Mirosław Chorązewski, Juscelino B. Leao, Craig M. Brown, Markus Bleuel, Victor Stoudenets, María Echeverría, Francisco Bonilla, Yaroslav Grosu. Turning molecular spring into nano-shock absorber: effect of macroscopic morphology on the dynamic hysteresis of water intrusion-extrusion into-from hydrophobic nanopores. ACS Applied Materials and Interfaces, 2022, 14(23), pp. 26699–26713