Mèsi paske w vizite Nature.com.W ap itilize yon vèsyon navigatè ak sipò CSS limite.Pou pi bon eksperyans, nou rekòmande pou w sèvi ak yon navigatè ki ajou (oswa enfim mòd konpatibilite nan Internet Explorer).Anplis de sa, asire sipò kontinyèl, nou montre sit la san estil ak JavaScript.
Montre yon Carousel twa glisad alafwa.Sèvi ak bouton Previous ak Next pou deplase nan twa glisad alafwa, oswa itilize bouton kurseur nan fen a pou w deplase nan twa glisad nan yon moman.
Idrid metal (MH) yo rekonèt kòm youn nan gwoup materyèl ki pi apwopriye pou depo idwojèn akòz gwo kapasite depo idwojèn yo, presyon opere ki ba ak sekirite segondè.Sepandan, sinetik absorption idwojèn paresseux yo anpil diminye pèfòmans depo.Pi vit retire chalè nan depo MH a ta ka jwe yon wòl enpòtan nan ogmante pousantaj absorption idwojèn li yo, sa ki lakòz pèfòmans depo amelyore.Nan sans sa a, etid sa a te vize a amelyore karakteristik transfè chalè yo nan lòd yo enfliyanse pozitivman pousantaj absorption idwojèn nan sistèm nan depo MH.Nouvo bobin semi-silendrik la te premye devlope ak optimize pou depo idwojèn ak enkòpore kòm yon echanjeur entèn lè-tan-chalè (HTF).Ki baze sou diferan gwosè anplasman, efè nouvo konfigirasyon echanjeur chalè a analize epi konpare ak jeyometri konvansyonèl bobin helicoïdal la.Anplis de sa, paramèt fonksyònman depo MG ak GTP yo te etidye nimerikman pou jwenn pi bon valè.Pou simulation nimerik, yo itilize ANSYS Fluent 2020 R2.Rezilta etid sa a montre ke pèfòmans yon tank depo MH ka siyifikativman amelyore lè l sèvi avèk yon echanjeur chalè bobin semi-silendrik (SCHE).Konpare ak echanjeur chalè konvansyonèl espiral bobin, se dire absòpsyon idwojèn redwi a 59%.Distans ki pi piti ant bobin SCHE yo te lakòz yon rediksyon 61% nan tan absòpsyon.Konsènan paramèt fonksyònman nan depo MG lè l sèvi avèk SHE, tout paramèt yo chwazi mennen nan yon amelyorasyon siyifikatif nan pwosesis absòpsyon idwojèn, espesyalman tanperati a nan inlet la nan HTS la.
Gen yon tranzisyon mondyal soti nan enèji ki baze sou konbistib fosil nan enèji renouvlab.Paske anpil fòm enèji renouvlab bay pouvwa nan yon fason dinamik, depo enèji nesesè pou balanse chaj la.Depo enèji ki baze sou idwojèn te atire anpil atansyon pou objektif sa a, espesyalman paske idwojèn ka itilize kòm yon gaz altènatif "vèt" ak konpayi asirans enèji akòz pwopriyete li yo ak portabilite.Anplis de sa, idwojèn ofri tou yon kontni enèji ki pi wo pou chak inite mas konpare ak konbistib fosil2.Gen kat kalite prensipal depo enèji idwojèn: depo gaz konprese, depo anba tè, depo likid, ak depo solid.Idwojèn konprese se kalite prensipal yo itilize nan machin selil gaz tankou otobis ak charyo.Sepandan, depo sa a bay yon dansite esansyèl ki ba nan idwojèn (apeprè 0.089 kg / m3) epi li gen pwoblèm sekirite ki asosye ak presyon opere segondè.Ki baze sou yon pwosesis konvèsyon nan tanperati ki ba anbyen ak presyon, depo likid la pral estoke idwojèn nan fòm likid.Sepandan, lè likid, apeprè 40% nan enèji a pèdi.Anplis de sa, teknoloji sa a li te ye pou plis enèji ak travay entansif konpare ak teknoloji depo eta solid4.Depo solid se yon opsyon solid pou yon ekonomi idwojèn, ki estoke idwojèn pa enkòpore idwojèn nan materyèl solid atravè absòpsyon ak divilge idwojèn atravè desorption.Metal hydride (MH), yon teknoloji depo materyèl solid, se yon enterè resan nan aplikasyon selil gaz akòz gwo kapasite idwojèn li yo, presyon opere ki ba, ak pri ki ba konpare ak depo likid, epi li apwopriye pou aplikasyon estasyonè ak mobil6,7 Nan Anplis de sa, materyèl MH tou bay pwopriyete sekirite tankou depo efikas nan gwo kapasite8.Sepandan, gen yon pwoblèm ki limite pwodiktivite MG a: konduktiviti tèmik ki ba nan raktor a MG mennen nan absòpsyon ralanti ak desorption idwojèn.
Bon transfè chalè pandan reyaksyon ègzotèmik ak andotèmik se kle pou amelyore pèfòmans réacteurs MH yo.Pou pwosesis la chaje idwojèn, yo dwe retire chalè ki pwodui nan raktor a pou kontwole koule idwojèn chaj la nan vitès la vle ak kapasite depo maksimòm.Olye de sa, chalè oblije ogmante pousantaj evolisyon idwojèn pandan egzeyat.Yo nan lòd yo amelyore pèfòmans nan chalè ak transfè mas, anpil chèchè te etidye konsepsyon an ak optimize ki baze sou plizyè faktè tankou paramèt opere, estrikti MG, ak optimize MG11.Optimizasyon MG ka fè lè yo ajoute materyèl konduktiviti tèmik segondè tankou metal kim nan kouch MG 12,13.Se konsa, efikas konduktiviti tèmik la ka ogmante soti nan 0.1 a 2 W / mK10.Sepandan, adisyon a nan materyèl solid siyifikativman diminye pouvwa a nan raktor MN la.Konsènan paramèt fonksyònman, amelyorasyon yo ka reyalize pa optimize kondisyon fonksyònman inisyal kouch MG ak awozaj (HTF).Ka estrikti nan MG a dwe optimize akòz jeyometri a nan raktor a ak konsepsyon an nan echanjeur chalè a.Konsènan konfigirasyon echanjeur chalè raktor MH, metòd yo ka divize an de kalite.Sa yo se echanjeur chalè entèn ki bati nan kouch MO a ak echanjeur chalè ekstèn ki kouvri kouch MO a tankou najwar, jakèt refwadisman ak basen dlo.Konsènan echanjeur chalè ekstèn lan, Kaplan16 analize operasyon an nan raktor a MH, lè l sèvi avèk dlo refwadisman kòm yon levit diminye tanperati a andedan raktor la.Rezilta yo te konpare ak yon raktor 22 wonn fin ak yon lòt raktor refwadi pa konveksyon natirèl.Yo deklare ke prezans nan yon levit refwadisman siyifikativman diminye tanperati a nan MH a, kidonk ogmante pousantaj la absòpsyon.Etid nimerik sou dlo-jacketed MH raktor a pa Patil ak Gopal17 te montre ke presyon rezèv idwojèn ak tanperati HTF yo se paramèt kle enfliyanse pousantaj absorption idwojèn ak desorption.
Ogmante zòn transfè chalè a lè w ajoute najwar ak echanjeur chalè ki bati nan MH a se kle pou amelyore pèfòmans transfè chalè ak mas yo e pakonsekan pèfòmans depo MH18 la.Plizyè konfigirasyon echanjeur chalè entèn (tib dwat ak bobin espiral) yo te fèt pou sikile awozaj la nan raktor MH19,20,21,22,23,24,25,26.Sèvi ak yon echanjeur chalè entèn, likid la refwadisman oswa chofaj pral transfere chalè lokal andedan raktor MH a pandan pwosesis adsorption idwojèn.Raju ak Kumar [27] te itilize plizyè tib dwat kòm echanjeur chalè pou amelyore pèfòmans MG la.Rezilta yo te montre ke fwa absòpsyon yo te redwi lè tib dwat yo te itilize kòm echanjeur chalè.Anplis de sa, itilize nan tib dwat diminye tan an desorption idwojèn28.Pi gwo pousantaj koule likid refwadisman ogmante pousantaj idwojèn chaje ak egzeyat29.Sepandan, ogmante kantite tib refwadisman gen yon efè pozitif sou pèfòmans MH olye ke to koule awozaj 30,31.Raju et al.32 te itilize LaMi4.7Al0.3 kòm yon materyèl MH pou etidye pèfòmans échangeurs chalè multitube nan réacteurs.Yo rapòte ke paramèt fonksyònman yo te gen yon efè enpòtan sou pwosesis absòpsyon, espesyalman presyon manje a ak to koule HTF la.Sepandan, tanperati absòpsyon an te vin mwens kritik.
Pèfòmans raktor MH amelyore plis lè yo itilize yon echanjeur chalè bobin espiral akòz transfè chalè amelyore li yo konpare ak tib dwat.Sa a se paske sik segondè a ka pi byen retire chalè nan raktor la25.Anplis de sa, tib yo espiral bay yon gwo sifas pou transfè chalè soti nan kouch MH nan awozaj la.Lè metòd sa a te entwodui anndan réacteurs, distribisyon chalè echanj ti tiyo nou tou plis uniform33.Wang et al.34 etidye efè absorption idwojèn dire lè yo ajoute yon bobin helicoïdal nan yon raktor MH.Rezilta yo montre ke kòm koyefisyan transfè chalè nan awozaj la ogmante, tan an absòpsyon diminye.Wu et al.25 te envestige pèfòmans Mg2Ni ki baze sou MH réacteurs ak bobin echanjeur chalè bobin.Etid nimerik yo te montre yon rediksyon nan tan reyaksyon.Amelyorasyon mekanis transfè chalè a nan raktor MN a baze sou yon rapò ki pi piti nan anplasman vis ak anplasman vis ak yon anplasman vis san dimansyon.Yon etid eksperimantal pa Mellouli et al.21 lè l sèvi avèk yon bobin mawonnen kòm yon echanjeur chalè entèn te montre ke HTF kòmanse tanperati gen yon efè enpòtan sou amelyore absorption idwojèn ak tan desorption.Konbinezon diferan echanjeur chalè entèn yo te pote soti nan plizyè etid.Eisapur et al.35 etidye depo idwojèn lè l sèvi avèk yon echanjeur chalè bobin espiral ak yon tib retounen santral pou amelyore pwosesis absòpsyon idwojèn.Rezilta yo te montre ke tib espiral la ak tib retounen santral la siyifikativman amelyore transfè chalè ant awozaj la ak MG la.Anplasman ki pi piti a ak pi gwo dyamèt tib espiral la ogmante pousantaj chalè ak transfè mas.Ardahaie et al.36 itilize tib espiral plat kòm echanjeur chalè pou amelyore transfè chalè nan raktor la.Yo rapòte ke dire absòpsyon an te redwi lè yo ogmante kantite avyon tib espiral aplati.Konbinezon diferan echanjeur chalè entèn yo te pote soti nan plizyè etid.Dhau et al.37 amelyore pèfòmans MH a lè l sèvi avèk yon echanjeur chalè bobin bobin ak najwar.Rezilta yo montre ke metòd sa a diminye tan an ranpli idwojèn pa yon faktè de 2 konpare ak ka a san najwar.Najwar annulaire yo konbine avèk tib refwadisman epi yo bati nan raktor MN la.Rezilta etid sa a montre ke metòd konbine sa a bay transfè chalè plis inifòm konpare ak raktor MH san najwar.Sepandan, konbine echanjeur chalè diferan pral afekte pwa ak volim nan raktor MH negatif.Wu et al.18 konpare diferan konfigirasyon echanjeur chalè.Men sa yo enkli tib dwat, najwar ak bobin espiral.Otè yo rapòte ke bobin espiral bay pi bon amelyorasyon nan chalè ak transfè mas.Anplis de sa, konpare ak tib dwat, tib mawonnen, ak tib dwat konbine avèk tib mawonnen, bobin doub gen yon pi bon efè sou amelyore transfè chalè.Yon etid pa Sekhar et al.40 te montre ke yon amelyorasyon menm jan an nan absorption idwojèn te reyalize lè l sèvi avèk yon bobin espiral kòm echanjeur chalè entèn la ak yon jakèt refwadisman ekstèn finned.
Nan egzanp yo mansyone pi wo a, itilize nan bobin espiral kòm echanjeur chalè entèn bay pi bon chalè ak amelyorasyon transfè mas pase lòt echanjeur chalè, espesyalman tib dwat ak najwar.Se poutèt sa, objektif etid sa a se te plis devlope bobin espiral la pou amelyore pèfòmans transfè chalè a.Pou la pwemye fwa, yo te devlope yon nouvo bobin semi-silendrik ki baze sou konvansyonèl bobin helicoïdal depo MH.Etid sa a espere amelyore pèfòmans depo idwojèn lè yo konsidere yon nouvo konsepsyon echanjeur chalè ak yon pi bon layout zòn transfè chalè ki ofri pa yon volim konstan nan kabann MH ak tib HTF.Lè sa a, pèfòmans nan depo nan echanjeur chalè nouvo sa a te konpare ak echanjeur chalè konvansyonèl espiral ki baze sou diferan anplasman bobin.Dapre literati ki deja egziste, kondisyon fonksyònman ak espas bobin yo se faktè prensipal ki afekte pèfòmans MH réacteurs.Pou optimize konsepsyon nouvo echanjeur chalè sa a, yo te envestige efè espas bobin sou tan absorption idwojèn ak volim MH.Anplis de sa, yo nan lòd yo konprann relasyon ki genyen ant nouvo bobin emi-silendrik yo ak kondisyon fonksyònman, yon objektif segondè nan etid sa a se te etidye karakteristik sa yo nan raktor a dapre diferan ranje paramèt opere ak detèmine valè ki apwopriye yo pou chak fonksyònman. mòd.paramèt.
Pèfòmans aparèy depo enèji idwojèn nan etid sa a envestige baze sou de konfigirasyon echanjeur chalè (ki gen ladan tib espiral nan ka 1 a 3 ak tib semi-silendrik nan ka 4 a 6) ak yon analiz sansiblite nan paramèt opere.Yo te teste operasyon an nan raktor MH la pou premye fwa lè l sèvi avèk yon tib espiral kòm yon echanjeur chalè.Tou de tiyo lwil oliv refwadisman an ak veso a raktor MH yo te fè nan asye pur.Li ta dwe remake ke dimansyon yo nan raktor a MG ak dyamèt tiyo yo GTF yo te konstan nan tout ka, pandan y ap gwosè yo etap nan GTF la varye.Seksyon sa a analize efè gwosè anplasman bobin HTF yo.Wotè ak dyamèt ekstèn raktor a te 110 mm ak 156 mm, respektivman.Dyamèt tiyo lwil oliv chalè-kondiktè a mete nan 6mm.Gade Seksyon Siplemantè pou plis detay sou dyagram sikwi raktor MH ak tib espiral ak de tib semi-silendrik.
Sou fig.1a montre raktor tib espiral MH ak dimansyon li yo.Tout paramèt jewometrik yo bay nan tablo a.1. Volim total helix la ak volim ZG se apeprè 100 cm3 ak 2000 cm3, respektivman.Soti nan raktor MH sa a, lè nan fòm HTF te manje nan raktor MH ki mouye anba a atravè yon tib espiral, epi yo te prezante idwojèn nan sifas ki anwo nan raktor la.
Karakterizasyon jeyometri chwazi pou réacteurs metal idride.a) ak yon echanjeur chalè espiral-echafodaj, b) ak yon echanjeur chalè semi-silendrik tubulaires.
Dezyèm pati a egzamine operasyon an nan raktor MH ki baze sou yon tib semi-silendrik kòm yon echanjeur chalè.Sou fig.1b montre raktor MN a ak de tib semi-silendrik ak dimansyon yo.Tablo 1 bay lis tout paramèt jewometrik tiyo semi-silendrik, ki rete konstan, eksepte distans ki genyen ant yo.Li ta dwe remake ke tib la semi-silendrik nan Ka 4 te fèt ak yon volim konstan nan tib HTF ak alyaj MH nan tib la mawonnen (opsyon 3).Kòm pou fig.1b, lè a tou te entwodwi nan pati anba a nan de tib semi-silendrik HTF yo, epi yo te prezante idwojèn soti nan direksyon opoze a nan raktor a MH.
Akòz nouvo konsepsyon echanjeur chalè a, objektif seksyon sa a se detèmine valè inisyal ki apwopriye pou paramèt fonksyònman raktor MH an konbinezon ak SCHE.Nan tout ka yo, lè yo te itilize kòm yon awozaj pou retire chalè nan raktor la.Pami lwil transfè chalè, lè ak dlo yo souvan chwazi kòm lwil transfè chalè pou réacteurs MH akòz pri ki ba yo ak enpak anviwònman ki ba.Akòz gwo tanperati fonksyònman alyaj ki baze sou mayezyòm, yo te chwazi lè kòm awozaj nan etid sa a.Anplis de sa, li tou gen pi bon karakteristik koule pase lòt metal likid ak sèl fonn41.Tablo 2 bay lis pwopriyete lè nan 573 K. Pou analiz sansiblite nan seksyon sa a, se sèlman pi bon konfigirasyon opsyon pèfòmans MH-SCHE yo (nan ka 4 jiska 6) yo aplike.Estimasyon yo nan seksyon sa a baze sou divès paramèt fonksyònman, tankou tanperati inisyal raktor MH, presyon chaj idwojèn, tanperati inlet HTF, ak nimewo Reynolds ki kalkile lè w chanje pousantaj HTF.Tablo 3 gen tout paramèt opere yo itilize pou analiz sansiblite.
Seksyon sa a dekri tout ekwasyon kontwòl ki nesesè pou pwosesis absòpsyon idwojèn, ajitasyon ak transfè chalè awozaj.
Pou senplifye solisyon reyaksyon an absòpsyon idwojèn, yo fè sipozisyon sa yo epi yo bay yo;
Pandan absòpsyon, pwopriyete tèrmofizik idwojèn ak idrid metal yo konstan.
Idwojèn konsidere kòm yon gaz ideyal, kidonk kondisyon ekilib tèmik lokal43,44 yo pran an kont.
kote \({L}_{gaz}\) se reyon tank la, ak \({L}_{chalè}\) se wotè axial tank la.Lè N se mwens pase 0.0146, koule idwojèn nan tank la ka inyore nan simulation la san erè enpòtan.Dapre rechèch aktyèl la, N pi ba anpil pase 0.1.Se poutèt sa, efè gradyan presyon ka neglije.
Mi raktor yo te byen izole nan tout ka yo.Se poutèt sa, pa gen okenn echanj chalè 47 ant raktor a ak anviwònman an.
Li se byen li te ye ke alyaj ki baze sou Mg gen bon karakteristik idwojenasyon ak gwo kapasite depo idwojèn jiska 7.6 wt%8.An tèm de aplikasyon pou depo idwojèn eta solid, alyaj sa yo konnen tou kòm materyèl ki lejè.Anplis de sa, yo gen ekselan rezistans chalè ak bon processability8.Pami plizyè alyaj ki baze sou Mg, alyaj MgNi ki baze sou Mg2Ni se youn nan opsyon ki pi apwopriye pou depo MH akòz kapasite depo idwojèn li yo ki rive jiska 6 wt%.Mg2Ni alyaj tou bay pi vit adsorption ak desorption sinetik konpare ak alyaj MgH48.Se poutèt sa, Mg2Ni te chwazi kòm materyèl la idrid metal nan etid sa a.
Ekwasyon enèji a eksprime kòm 25 ki baze sou balans chalè ant idwojèn ak idrid Mg2Ni:
X se kantite idwojèn ki absòbe sou sifas metal la, inite a se \(pwa\%\), kalkile apati ekwasyon sinetik \(\frac{dX}{dt}\) pandan absòpsyon jan sa a49:
kote \({C}_{a}\) se vitès reyaksyon an ak \({E}_{a}\) se enèji aktivasyon an.\({P}_{a,eq}\) se presyon ekilib andedan reyaktè metal idrid la pandan pwosesis absòpsyon, ekwasyon van't Hoff bay nan fason sa a25:
Ki kote \({P}_{ref}\) se presyon referans 0.1 MPa.\(\Delta H\) ak \(\Delta S\) se entalpi ak entropi reyaksyon an, respektivman.Pwopriyete alyaj Mg2Ni ak idwojèn yo prezante nan tablo a.4. Ou ka jwenn lis non an nan seksyon siplemantè a.
Koule likid la konsidere kòm ajite paske vitès li ak nimewo Reynolds (Re) se 78.75 ms-1 ak 14000, respektivman.Nan etid sa a, yo te chwazi yon modèl k-ε turbilans ki ka reyalize.Li te note ke metòd sa a bay pi wo presizyon konpare ak lòt metòd k-ε, epi tou li mande pou mwens tan kalkil pase RNG k-ε50,51 metòd.Gade Seksyon Siplemantè a pou plis detay sou ekwasyon debaz yo pou likid transfè chalè.
Okòmansman, rejim tanperati a nan raktor MN a te inifòm, ak konsantrasyon an mwayèn idwojèn te 0.043.Li sipoze ke fwontyè ekstèn nan raktor MH a byen izole.Alyaj Manyezyòm ki baze sou tipikman mande pou tanperati opere reyaksyon segondè pou estoke ak lage idwojèn nan raktor la.Alyaj Mg2Ni a mande pou yon seri tanperati 523-603 K pou absòpsyon maksimòm ak yon seri tanperati 573-603 K pou desorption konplè52.Sepandan, etid eksperimantal pa Muthukumar et al.53 te montre ke kapasite depo maksimòm Mg2Ni pou depo idwojèn ka reyalize nan yon tanperati opere nan 573 K, ki koresponn ak kapasite teyorik li yo.Se poutèt sa, tanperati a nan 573 K te chwazi kòm tanperati inisyal la nan raktor a MN nan etid sa a.
Kreye diferan gwosè kadriyaj pou validation ak rezilta serye.Sou fig.2 montre tanperati mwayèn nan kote yo chwazi nan pwosesis absòpsyon idwojèn nan kat eleman diferan.Li vo anyen ke se sèlman yon ka nan chak konfigirasyon chwazi pou teste endepandans griy akòz jeyometri menm jan an.Se menm metòd meshing aplike nan lòt ka.Se poutèt sa, chwazi opsyon 1 pou tiyo espiral la ak opsyon 4 pou tiyo semi-silendrik la.Sou fig.2a, b montre tanperati mwayèn nan raktor a pou opsyon 1 ak 4, respektivman.Twa kote yo chwazi yo reprezante kontou tanperati kabann nan tèt, mitan, ak anba nan raktor la.Ki baze sou kontou tanperati yo nan kote yo chwazi yo, tanperati mwayèn vin estab epi li montre ti chanjman nan nimewo eleman 428,891 ak 430,599 pou ka 1 ak 4, respektivman.Se poutèt sa, gwosè kadriyaj sa yo te chwazi pou plis kalkil enfòmatik.Enfòmasyon detaye sou tanperati mwayèn kabann lan pou pwosesis absòpsyon idwojèn pou divès gwosè selil ak may siksesif rafine pou tou de ka yo bay nan seksyon siplemantè a.
Tanperati kabann mwayèn nan pwen chwazi nan pwosesis absòpsyon idwojèn nan yon raktor metal idrid ak nimewo gri diferan.(a) Tanperati mwayèn nan kote yo chwazi pou ka 1 ak (b) Tanperati mwayèn nan kote yo chwazi pou ka 4.
Mg ki baze sou metal idrid réacteurs nan etid sa a te teste baze sou rezilta eksperimantal Muthukumar et al.53.Nan etid yo, yo te itilize yon alyaj Mg2Ni pou estoke idwojèn nan tib asye pur.Najwar kwiv yo itilize pou amelyore transfè chalè andedan raktor la.Sou fig.3a montre yon konparezon tanperati mwayèn nan kabann pwosesis absòpsyon ant etid eksperimantal la ak etid sa a.Kondisyon fonksyònman yo chwazi pou eksperyans sa a se: MG inisyal tanperati 573 K ak presyon inlet 2 MPa.Soti nan fig.3a li ka byen klè montre ke rezilta eksperimantal sa a an bon akò ak yon sèl prezan an ki gen rapò ak tanperati a kouch mwayèn.
Verifikasyon modèl.(a) Verifikasyon kòd reyaktè idrid metal Mg2Ni a lè w konpare etid aktyèl la ak travay eksperimantal Muthukumar et al.52, ak (b) verifikasyon modèl koule ajite tib espiral la lè w konpare etid aktyèl la ak Kumar et al. .Rechèch.54.
Pou teste modèl turbilans lan, yo te konpare rezilta etid sa a ak rezilta eksperimantal Kumar et al.54 pou konfime kòrèkteman modèl turbilans yo chwazi a.Kumar et al.54 etidye koule ajite nan yon echanjeur chalè espiral tib-an-tiyo.Dlo yo itilize kòm likid cho ak frèt sou fòm piki soti nan kote opoze.Tanperati likid cho ak frèt yo se 323 K ak 300 K, respektivman.Nimewo Reynolds yo varye ant 3100 ak 5700 pou likid cho ak ant 21,000 ak 35,000 pou likid frèt.Nimewo Dean yo se 550-1000 pou likid cho ak 3600-6000 pou likid frèt.Dyamèt tiyo enteryè a (pou likid cho) ak tiyo ekstèn (pou likid frèt) se 0.0254 m ak 0.0508 m, respektivman.Dyamèt ak anplasman bobin helicoïdal la se 0.762 m ak 0.100 m, respektivman.Sou fig.3b montre yon konparezon rezilta eksperimantal ak aktyèl pou plizyè pè nimewo Nusselt ak Dean pou likid refwadisman ki nan tib enteryè a.Twa modèl tibilans diferan yo te aplike epi konpare ak rezilta eksperimantal yo.Jan yo montre nan fig.3b, rezilta yo nan modèl k-ε turbilans ka reyalize yo an bon akò ak done eksperimantal yo.Se poutèt sa, yo te chwazi modèl sa a nan etid sa a.
Yo te fè simulation nimerik nan etid sa a lè l sèvi avèk ANSYS Fluent 2020 R2.Ekri yon Fonksyon Itilizatè Definisyon (UDF) epi sèvi ak li kòm tèm antre nan ekwasyon enèji a pou kalkile sinetik pwosesis absòpsyon an.Yo itilize sikwi PRESTO55 ak metòd PISO56 pou kominikasyon presyon-vitès ak koreksyon presyon.Chwazi yon baz selil Greene-Gauss pou gradyan varyab la.Ekwasyon momantòm ak enèji yo rezoud pa metòd dezyèm lòd van an.Konsènan koyefisyan yo anba detant, konpozan presyon, vitès, ak enèji yo mete nan 0.5, 0.7, ak 0.7, respektivman.Fonksyon miray estanda yo aplike nan HTF nan modèl turbilans la.
Seksyon sa a prezante rezilta yo nan simulation nimerik nan amelyore transfè chalè entèn nan yon raktor MH lè l sèvi avèk yon echanjeur chalè bobin bobin (HCHE) ak yon echanjeur chalè bobin helik (SCHE) pandan absòpsyon idwojèn.Efè anplasman HTF sou tanperati kabann raktor ak dire absòpsyon yo te analize.Paramèt fonksyònman prensipal yo nan pwosesis absòpsyon yo etidye ak prezante nan seksyon analiz sansiblite.
Pou mennen ankèt sou efè a nan espas bobin sou transfè chalè nan yon raktor MH, yo te envestige twa konfigirasyon echanjeur chalè ak anplasman diferan.Twa anplasman diferan 15mm, 12.86mm ak 10mm yo deziyen kò 1, kò 2 ak kò 3 respektivman.Li ta dwe remake ke dyamèt tiyo a te fiks nan 6 mm nan yon tanperati inisyal nan 573 K ak yon presyon loading nan 1.8 MPa nan tout ka.Sou fig.4 montre tanperati kabann mwayèn ak konsantrasyon idwojèn nan kouch MH pandan pwosesis absòpsyon idwojèn nan ka 1 a 3. Tipikman, reyaksyon ant metal idwojèn ak idwojèn se ekzotèrmik nan pwosesis absòpsyon an.Se poutèt sa, tanperati kabann lan monte rapidman akòz moman inisyal la lè idwojèn premye prezante nan raktor la.Tanperati kabann lan ogmante jiskaske li rive nan yon valè maksimòm ak Lè sa a, piti piti diminye kòm chalè a pote ale nan awozaj la, ki gen yon tanperati ki pi ba epi li aji kòm yon awozaj.Jan yo montre nan fig.4a, akòz eksplikasyon anvan an, tanperati kouch la ogmante rapidman ak diminye kontinyèlman.Konsantrasyon idwojèn pou pwosesis absòpsyon an anjeneral baze sou tanperati kabann nan raktor MH.Lè tanperati an mwayèn kouch desann nan yon sèten tanperati, sifas metal la absòbe idwojèn.Sa a se akòz akselerasyon nan pwosesis yo nan fizisorpsyon, chemisorption, difizyon nan idwojèn ak fòmasyon nan idrid li yo nan raktor la.Soti nan fig.4b li ka wè ke pousantaj la nan absòpsyon idwojèn nan ka 3 se pi ba pase nan lòt ka akòz valè a etap ki pi piti nan echanjeur nan chalè bobin.Sa a lakòz yon longè tiyo jeneral ki pi long ak yon zòn transfè chalè pi gwo pou tiyo HTF.Avèk yon konsantrasyon mwayèn idwojèn 90%, tan absòpsyon pou Ka 1 se 46,276 segonn.Konpare ak dire a nan absòpsyon nan ka 1, dire a nan absòpsyon nan ka 2 ak 3 te redwi pa 724 s ak 1263 s, respektivman.Seksyon siplemantè a prezante kontou tanperati ak konsantrasyon idwojèn pou kote yo chwazi nan kouch HCHE-MH.
Enfliyans distans ant bobin sou tanperati kouch mwayèn ak konsantrasyon idwojèn.(a) Tanperati kabann mwayèn pou bobin helicoïdal, (b) konsantrasyon idwojèn pou bobin helicoïdal, (c) tanperati kabann mwayèn pou bobin emi-silendrik, ak (d) konsantrasyon idwojèn pou bobin semi-silendrik.
Pou amelyore karakteristik transfè chalè a nan raktor MG, de HFC yo te fèt pou yon volim konstan nan MG a (2000 cm3) ak yon echanjeur chalè espiral (100 cm3) nan Opsyon 3. Seksyon sa a konsidere tou efè a nan distans ki genyen ant la. bobin 15 mm pou ka 4, 12.86 mm pou ka 5 ak 10 mm pou ka 6. Nan fig.4c,d montre tanperati mwayèn kabann lan ak konsantrasyon pwosesis absòpsyon idwojèn nan yon tanperati inisyal 573 K ak yon presyon loading 1.8 MPa.Dapre tanperati kouch mwayèn nan Fig. 4c, distans ki pi piti ant bobin yo nan ka 6 diminye tanperati a siyifikativman konpare ak de lòt ka yo.Pou ka 6, yon tanperati kabann ki pi ba rezilta nan yon konsantrasyon idwojèn ki pi wo (gade Fig. 4d).Tan absorption idwojèn pou Variant 4 se 19542 s, ki se plis pase 2 fwa pi ba pase pou Variant 1-3 lè l sèvi avèk HCH.Anplis de sa, konpare ak ka 4, tan an absòpsyon te tou redwi pa 378 s ak 1515 s nan ka 5 ak 6 ak pi ba distans.Seksyon siplemantè a prezante kontou tanperati ak konsantrasyon idwojèn pou kote yo chwazi nan kouch SCHE-MH la.
Pou etidye pèfòmans de konfigirasyon echanjeur chalè, seksyon sa a trase ak prezante koub tanperati nan twa kote yo chwazi.Réacteurs MH ak HCHE nan ka 3 te chwazi pou konpare ak réacteurs MH ki gen SCHE nan ka 4 paske li gen yon volim konstan MH ak volim tiyo.Kondisyon fonksyònman yo pou konparezon sa a te yon tanperati inisyal 573 K ak yon presyon loading nan 1.8 MPa.Sou fig.5a ak 5b montre tout twa pozisyon chwazi nan pwofil tanperati yo nan ka 3 ak 4, respektivman.Sou fig.5c montre pwofil tanperati a ak konsantrasyon kouch apre 20,000 s nan absorption idwojèn.Dapre liy 1 nan Fig. 5c, tanperati alantou TTF a soti nan opsyon 3 ak 4 diminye akòz transfè chalè konvektif nan awozaj la.Sa a lakòz yon konsantrasyon pi wo nan idwojèn alantou zòn sa a.Sepandan, itilizasyon de SCHE rezilta yo nan yon konsantrasyon kouch ki pi wo.Pi vit repons sinetik yo te jwenn alantou rejyon HTF nan ka 4. Anplis de sa, yo te jwenn yon konsantrasyon maksimòm 100% tou nan rejyon sa a.Soti nan liy 2 ki sitiye nan mitan an nan raktor a, tanperati a nan ka 4 se siyifikativman pi ba pase tanperati a nan ka 3 nan tout kote eksepte nan sant la nan raktor la.Sa a rezilta nan maksimòm konsantrasyon idwojèn pou ka 4 eksepte pou rejyon ki toupre sant raktor a lwen HTF la.Sepandan, konsantrasyon nan ka 3 pa t chanje anpil.Yon gwo diferans nan tanperati a ak konsantrasyon nan kouch la te obsève nan liy 3 tou pre antre nan GTS la.Tanperati a nan kouch nan ka 4 diminye anpil, sa ki lakòz konsantrasyon idwojèn ki pi wo nan rejyon sa a, pandan y ap liy konsantrasyon an nan ka 3 te toujou fluktue.Sa a se akòz akselerasyon nan transfè chalè SCHE.Detay ak diskisyon sou konparezon tanperati mwayèn kouch MH ak tiyo HTF ant ka 3 ak ka 4 yo bay nan seksyon siplemantè a.
Pwofil tanperati ak konsantrasyon kabann nan kote yo chwazi nan raktor metal idride.(a) Kote yo chwazi pou ka 3, (b) Kote yo chwazi pou ka 4, epi (c) Pwofil tanperati ak konsantrasyon kouch nan kote yo chwazi apre 20,000 s pou pwosesis absòpsyon idwojèn nan ka 3 ak 4.
Sou fig.Figi 6 montre yon konparezon tanperati kabann mwayèn (gade Fig. 6a) ak konsantrasyon idwojèn (gade Fig. 6b) pou absòpsyon HCH ak SHE.Li ka wè nan figi sa a ke tanperati a nan kouch MG a diminye anpil akòz yon ogmantasyon nan zòn nan echanj chalè.Retire plis chalè nan réacteurs rezilta yo nan yon pi gwo pousantaj absorption idwojèn.Malgre ke de konfigirasyon echanjeur chalè yo gen menm volim konpare ak lè l sèvi avèk HCHE kòm Opsyon 3, tan absorption idwojèn SCHE a ki baze sou Opsyon 4 te siyifikativman redwi pa 59%.Pou yon analiz pi detaye, yo montre konsantrasyon idwojèn yo pou de konfigirasyon echanjeur chalè yo kòm izolin nan Figi 7. Figi sa a montre ke nan tou de ka yo, idwojèn kòmanse absòbe anba alantou inlet HTF la.Pi wo konsantrasyon yo te jwenn nan rejyon HTF, pandan y ap pi ba konsantrasyon yo te obsève nan sant la nan MH raktor a akòz distans li yo soti nan echanjeur chalè a.Apre 10,000 s, konsantrasyon idwojèn nan ka 4 siyifikativman pi wo pase nan ka 3. Apre 20,000 segonn, konsantrasyon idwojèn an mwayèn nan raktor a te monte a 90% nan ka 4 konpare ak 50% idwojèn nan ka 3. Sa a ka akòz nan pi wo kapasite refwadisman efikas nan konbine de SCHE, sa ki lakòz yon tanperati ki pi ba andedan kouch MH.Kontinwe, yon presyon plis ekilib tonbe andedan kouch MG a, ki mennen nan yon absòpsyon pi rapid nan idwojèn.
Ka 3 ak Ka 4 Konparezon tanperati mwayèn kabann ak konsantrasyon idwojèn ant de konfigirasyon echanjeur chalè.
Konparezon nan konsantrasyon idwojèn apre 500, 2000, 5000, 10000 ak 20000 s apre kòmansman pwosesis absòpsyon idwojèn nan ka 3 ak ka 4.
Tablo 5 rezime dire absorption idwojèn pou tout ka yo.Anplis de sa, tablo a montre tou tan an nan absòpsyon nan idwojèn, eksprime kòm yon pousantaj.Pousantaj sa a kalkile baze sou tan absòpsyon nan Ka 1. Soti nan tablo sa a, tan absòpsyon nan reyaktè MH lè l sèvi avèk HCHE se apeprè 45,000 a 46,000 s, ak tan an absòpsyon ki gen ladan SCHE se apeprè 18,000 a 19,000 s.Konpare ak Ka 1, tan absòpsyon nan Ka 2 ak Ka 3 te redwi pa sèlman 1.6% ak 2.7%, respektivman.Lè w ap itilize SCHE olye de HCHE, tan absòpsyon te siyifikativman redwi soti nan ka 4 a ka 6, soti nan 58% a 61%.Li klè ke adisyon nan SCHE nan raktor MH anpil amelyore pwosesis absòpsyon idwojèn ak pèfòmans nan raktor MH.Malgre ke enstalasyon an nan yon echanjeur chalè andedan raktor a MH diminye kapasite nan depo, teknoloji sa a bay yon amelyorasyon siyifikatif nan transfè chalè konpare ak lòt teknoloji.Epitou, diminye valè anplasman an ap ogmante volim nan SCHE a, sa ki lakòz yon diminisyon nan volim nan MH la.Nan ka 6 ak volim SCHE ki pi wo a, kapasite volumetrik MH te sèlman redwi pa 5% konpare ak ka 1 ak volim HCHE ki pi ba a.Anplis de sa, pandan absòpsyon, ka 6 te montre pi vit ak pi bon pèfòmans ak yon rediksyon 61% nan tan absòpsyon.Se poutèt sa ka 6 te chwazi pou plis envestigasyon nan analiz sansiblite a.Li ta dwe remake ke tan an absòpsyon idwojèn long asosye ak yon tank depo ki gen yon volim MH apeprè 2000 cm3.
Paramèt fonksyònman yo pandan reyaksyon an se faktè enpòtan ki afekte pozitivman oswa negatif pèfòmans raktor MH nan kondisyon reyèl.Etid sa a konsidere yon analiz sansiblite pou detèmine paramèt fonksyònman inisyal ki apwopriye pou yon raktor MH an konbinezon ak SCHE, epi seksyon sa a ap mennen ankèt sou kat paramèt fonksyònman prensipal yo ki baze sou konfigirasyon optimal raktor nan ka 6. Rezilta yo pou tout kondisyon fonksyònman yo montre nan Figi 8.
Grafik konsantrasyon idwojèn nan divès kondisyon fonksyònman lè w ap itilize yon echanjeur chalè ak yon bobin semi-silendrik.(a) presyon chaje, (b) tanperati kabann inisyal, (c) nimewo Reynolds awozaj, ak (d) tanperati inlet awozaj.
Baze sou yon tanperati konstan inisyal 573 K ak yon pousantaj koule awozaj ak yon nimewo Reynolds nan 14,000, yo te chwazi kat presyon chaj diferan: 1.2 MPa, 1.8 MPa, 2.4 MPa, ak 3.0 MPa.Sou fig.8a montre efè chaje presyon ak SCHE sou konsantrasyon idwojèn sou tan.Tan absòpsyon an diminye ak ogmante presyon chaj.Sèvi ak yon presyon idwojèn aplike nan 1.2 MPa se ka ki pi mal la pou pwosesis absòpsyon idwojèn, ak dire absòpsyon depase 26,000 s pou reyalize 90% absòpsyon idwojèn.Sepandan, presyon an chaj pi wo te lakòz yon diminisyon 32-42% nan tan absòpsyon soti nan 1.8 a 3.0 MPa.Sa a se akòz pi wo presyon inisyal idwojèn, ki lakòz yon pi gwo diferans ant presyon ekilib la ak presyon aplike a.Se poutèt sa, sa kreye yon gwo fòs kondwi pou sinetik absorption idwojèn.Nan moman inisyal la, gaz idwojèn rapidman absòbe akòz gwo diferans ki genyen ant presyon ekilib la ak presyon aplike a57.Nan yon presyon chaj nan 3.0 MPa, 18% idwojèn rapidman akimile pandan premye 10 segonn yo.Idwojèn te estoke nan 90% nan réacteurs yo nan etap final la pou 15460 s.Sepandan, nan yon presyon loading nan 1.2 a 1.8 MPa, tan an absòpsyon te siyifikativman redwi pa 32%.Lòt presyon ki pi wo te gen mwens efè sou amelyore tan absòpsyon.Se poutèt sa, li rekòmande ke presyon an chaj nan raktor MH-SCHE la dwe 1.8 MPa.Seksyon siplemantè a montre kontou konsantrasyon idwojèn pou divès presyon chaj nan 15500 s.
Chwa pou yon tanperati inisyal apwopriye nan raktor MH a se youn nan faktè prensipal ki afekte pwosesis adsorption idwojèn, paske li afekte fòs kondwi reyaksyon fòmasyon idrid la.Pou etidye efè SCHE sou tanperati inisyal raktor MH a, yo te chwazi kat tanperati diferan nan yon presyon chaj konstan 1.8 MPa ak yon nimewo Reynolds 14,000 HTF.Sou fig.Figi 8b montre yon konparezon divès kalite tanperati kòmanse, ki gen ladan 473K, 523K, 573K, ak 623K.An reyalite, lè tanperati a pi wo pase 230 °C oswa 503K58, alyaj Mg2Ni a gen karakteristik efikas pou pwosesis absòpsyon idwojèn.Sepandan, nan moman inisyal la nan piki idwojèn, tanperati a monte rapidman.Kontinwe, tanperati a nan kouch MG a pral depase 523 K. Se poutèt sa, fòmasyon nan idrid fasilite akòz to a absòpsyon ogmante53.Soti nan fig.Ou ka wè nan Fig. 8b ke idwojèn absòbe pi vit kòm tanperati inisyal kouch MB la diminye.Pi ba presyon ekilib rive lè tanperati inisyal la pi ba.Pi gwo diferans presyon ant presyon ekilib la ak presyon aplike a, se pi vit pwosesis absòpsyon idwojèn.Nan yon tanperati inisyal 473 K, idwojèn rapidman absòbe jiska 27% pandan premye 18 segonn yo.Anplis de sa, tan an absòpsyon te tou redwi soti nan 11% a 24% nan yon tanperati ki pi ba inisyal konpare ak tanperati inisyal la nan 623 K. Tan nan absòpsyon nan tanperati ki pi ba inisyal la nan 473 K se 15247 s, ki se menm jan ak pi bon an. ka chaje presyon, sepandan, diminisyon nan tanperati inisyal reyaktè tanperati mennen nan yon diminisyon nan kapasite depo idwojèn.Tanperati inisyal raktor MN a dwe omwen 503 K53.Anplis de sa, nan yon tanperati inisyal nan 573 K53, yon maksimòm kapasite depo idwojèn nan 3.6% wt ka reyalize.An tèm de kapasite depo idwojèn ak dire absòpsyon, tanperati ant 523 ak 573 K diminye tan an pa sèlman 6%.Se poutèt sa, yo pwopoze yon tanperati 573 K kòm tanperati inisyal nan raktor MH-SCHE la.Sepandan, efè a nan tanperati inisyal la sou pwosesis la absòpsyon te mwens enpòtan konpare ak presyon an loading.Seksyon siplemantè a montre kontou konsantrasyon idwojèn pou plizyè tanperati inisyal nan 15500 s.
Pousantaj koule a se youn nan paramèt prensipal idwojenasyon ak dezidrojenasyon paske li ka afekte twoub ak retire chalè oswa opinyon pandan idwojenasyon ak dehydrogenation59.Gwo pousantaj koule pral kreye faz ajite epi rezilta nan koule likid pi rapid nan tib HTF la.Reyaksyon sa a pral lakòz transfè chalè pi vit.Diferan vitès antre pou HTF yo kalkile dapre nimewo Reynolds 10,000, 14,000, 18,000, ak 22,000.Tanperati inisyal kouch MG a te fikse nan 573 K ak presyon chaje a nan 1.8 MPa.Rezilta yo nan fig.8c demontre ke lè w sèvi ak yon nimewo Reynolds ki pi wo nan konbinezon ak SCHE rezilta nan yon pi gwo pousantaj absorption.Kòm nimewo Reynolds la ogmante soti nan 10,000 a 22,000, tan an absòpsyon diminye pa apeprè 28-50%.Tan absòpsyon nan yon nimewo Reynolds 22,000 se 12,505 segonn, ki se mwens pase nan plizyè tanperati chaj inisyal ak presyon.Yo prezante kontou konsantrasyon idwojèn pou divès nimewo Reynolds pou GTP nan 12500 s nan seksyon siplemantè a.
Yo analize efè SCHE sou tanperati inisyal HTF la epi yo montre nan Fig. 8d.Nan yon tanperati inisyal MG 573 K ak yon presyon chaj idwojèn nan 1.8 MPa, yo te chwazi kat tanperati inisyal pou analiz sa a: 373 K, 473 K, 523 K, ak 573 K. 8d montre ke yon diminisyon nan tanperati a nan awozaj la. nan inlet la mennen nan yon rediksyon nan tan an absòpsyon.Konpare ak ka debaz la ak yon tanperati inlet nan 573 K, tan an absòpsyon te redwi pa apeprè 20%, 44% ak 56% pou tanperati inlet nan 523 K, 473 K ak 373 K, respektivman.Nan 6917 s, tanperati inisyal GTF a se 373 K, konsantrasyon idwojèn nan raktor a se 90%.Sa a ka eksplike pa transfè chalè konvektif amelyore ant kouch MG a ak HCS la.Tanperati HTF ki pi ba yo pral ogmante dissipation chalè ak rezilta nan ogmante absorption idwojèn.Pami tout paramèt fonksyònman yo, amelyore pèfòmans MH-SCHE raktor a lè yo ogmante tanperati HTF inlet la se metòd ki pi apwopriye, depi lè nan fen pwosesis absòpsyon an te mwens pase 7000 s, pandan y ap tan absòpsyon ki pi kout nan lòt metòd yo te plis. pase 10000 s.Yo prezante kontou konsantrasyon idwojèn pou plizyè tanperati inisyal GTP pou 7000 s.
Etid sa a prezante pou premye fwa yon nouvo echanjeur chalè bobin semi-silendrik entegre nan yon inite depo metal idride.Kapasite sistèm pwopoze a pou absòbe idwojèn te envestige ak divès kalite konfigirasyon echanjeur chalè a.Enfliyans paramèt fonksyònman yo sou echanj chalè ant kouch idride metal la ak awozaj la te envestige yo nan lòd yo jwenn kondisyon ki pi bon pou estoke idrid metal lè l sèvi avèk yon nouvo echanjeur chalè.Konklizyon prensipal yo nan etid sa a yo rezime jan sa a:
Avèk yon echanjeur chalè bobin semi-silendrik, pèfòmans transfè chalè amelyore paske li gen yon distribisyon chalè ki pi inifòm nan raktor kouch mayezyòm, sa ki lakòz yon pi bon pousantaj absòpsyon idwojèn.Bay volim nan tib echanj chalè a ak idrid metal rete san okenn chanjman, tan reyaksyon absòpsyon siyifikativman redwi pa 59% konpare ak yon echanjeur chalè konvansyonèl bobin bobin.
Tan poste: Jan-15-2023