Salamat sa pagbisita sa Nature.com.Gumagamit ka ng bersyon ng browser na may limitadong suporta sa CSS.Para sa pinakamagandang karanasan, inirerekomenda namin na gumamit ka ng na-update na browser (o huwag paganahin ang Compatibility Mode sa Internet Explorer).Bilang karagdagan, upang matiyak ang patuloy na suporta, ipinapakita namin ang site na walang mga istilo at JavaScript.
Nagpapakita ng carousel ng tatlong slide nang sabay-sabay.Gamitin ang Nakaraang at Susunod na mga pindutan upang lumipat sa tatlong mga slide sa isang pagkakataon, o gamitin ang mga pindutan ng slider sa dulo upang lumipat sa tatlong mga slide sa isang pagkakataon.
Ang metal hydride (MH) ay kinikilala bilang isa sa mga pinaka-angkop na grupo ng materyal para sa pag-iimbak ng hydrogen dahil sa kanilang malaking kapasidad ng imbakan ng hydrogen, mababang presyon ng pagpapatakbo at mataas na kaligtasan.Gayunpaman, ang kanilang mabagal na hydrogen uptake kinetics ay lubos na nakakabawas sa pagganap ng imbakan.Ang mas mabilis na pag-alis ng init mula sa imbakan ng MH ay maaaring gumanap ng isang mahalagang papel sa pagtaas ng rate ng paggamit ng hydrogen nito, na nagreresulta sa pinabuting pagganap ng imbakan.Sa pagsasaalang-alang na ito, ang pag-aaral na ito ay naglalayong mapabuti ang mga katangian ng paglipat ng init upang positibong maimpluwensyahan ang rate ng pagtaas ng hydrogen ng sistema ng imbakan ng MH.Ang bagong semi-cylindrical coil ay unang binuo at na-optimize para sa imbakan ng hydrogen at isinama bilang isang panloob na air-as-heat exchanger (HTF).Batay sa iba't ibang laki ng pitch, ang epekto ng bagong configuration ng heat exchanger ay sinusuri at inihambing sa conventional helical coil geometry.Bilang karagdagan, ang mga operating parameter ng imbakan ng MG at GTP ay pinag-aralan ayon sa numero upang makakuha ng pinakamainam na mga halaga.Para sa numerical simulation, ginagamit ang ANSYS Fluent 2020 R2.Ang mga resulta ng pag-aaral na ito ay nagpapakita na ang pagganap ng isang tangke ng imbakan ng MH ay maaaring makabuluhang mapabuti sa pamamagitan ng paggamit ng isang semi-cylindrical coil heat exchanger (SCHE).Kung ikukumpara sa conventional spiral coil heat exchangers, ang tagal ng hydrogen absorption ay nabawasan ng 59%.Ang pinakamaliit na distansya sa pagitan ng mga SCHE coils ay nagresulta sa isang 61% na pagbawas sa oras ng pagsipsip.Tungkol sa mga operating parameter ng imbakan ng MG gamit ang SHE, ang lahat ng mga napiling parameter ay humahantong sa isang makabuluhang pagpapabuti sa proseso ng pagsipsip ng hydrogen, lalo na ang temperatura sa pumapasok sa HTS.
Mayroong pandaigdigang paglipat mula sa enerhiya batay sa fossil fuels patungo sa renewable energy.Dahil maraming anyo ng renewable energy ang nagbibigay ng kapangyarihan sa pabago-bagong paraan, kailangan ang pag-iimbak ng enerhiya upang balansehin ang load.Ang pag-iimbak ng enerhiya na nakabatay sa hydrogen ay nakakaakit ng maraming atensyon para sa layuning ito, lalo na dahil ang hydrogen ay maaaring gamitin bilang isang "berde" na alternatibong gasolina at carrier ng enerhiya dahil sa mga katangian at portable nito.Bilang karagdagan, nag-aalok din ang hydrogen ng mas mataas na nilalaman ng enerhiya sa bawat yunit ng masa kumpara sa mga fossil fuel2.Mayroong apat na pangunahing uri ng imbakan ng enerhiya ng hydrogen: imbakan ng naka-compress na gas, imbakan sa ilalim ng lupa, imbakan ng likido, at imbakan ng solid.Ang compressed hydrogen ay ang pangunahing uri na ginagamit sa mga fuel cell na sasakyan tulad ng mga bus at forklift.Gayunpaman, ang storage na ito ay nagbibigay ng mababang bulk density ng hydrogen (humigit-kumulang 0.089 kg/m3) at may mga isyu sa kaligtasan na nauugnay sa mataas na operating pressure3.Batay sa isang proseso ng conversion sa mababang temperatura at presyon ng kapaligiran, ang likidong imbakan ay mag-iimbak ng hydrogen sa likidong anyo.Gayunpaman, kapag natunaw, humigit-kumulang 40% ng enerhiya ang nawawala.Bilang karagdagan, ang teknolohiyang ito ay kilala na mas enerhiya at labor intensive kumpara sa solid state storage technologies4.Ang solid na imbakan ay isang praktikal na opsyon para sa isang ekonomiya ng hydrogen, na nag-iimbak ng hydrogen sa pamamagitan ng pagsasama ng hydrogen sa mga solidong materyales sa pamamagitan ng pagsipsip at pagpapakawala ng hydrogen sa pamamagitan ng desorption.Ang metal hydride (MH), isang solid material storage technology, ay may kamakailang interes sa mga fuel cell application dahil sa mataas nitong hydrogen capacity, mababang operating pressure, at mababang gastos kumpara sa liquid storage, at angkop para sa stationary at mobile application6,7 Sa. Bilang karagdagan, ang mga materyales ng MH ay nagbibigay din ng mga katangiang pangkaligtasan tulad ng mahusay na pag-iimbak ng malaking kapasidad8.Gayunpaman, mayroong isang problema na naglilimita sa pagiging produktibo ng MG: ang mababang thermal conductivity ng MG reactor ay humahantong sa mabagal na pagsipsip at desorption ng hydrogen.
Ang wastong paglipat ng init sa panahon ng mga exothermic at endothermic na reaksyon ay ang susi sa pagpapabuti ng pagganap ng mga MH reactor.Para sa proseso ng paglo-load ng hydrogen, ang nabuong init ay dapat alisin mula sa reaktor upang makontrol ang daloy ng pag-load ng hydrogen sa nais na rate na may pinakamataas na kapasidad ng imbakan.Sa halip, kinakailangan ang init upang mapataas ang rate ng ebolusyon ng hydrogen sa panahon ng paglabas.Upang mapabuti ang pagganap ng init at mass transfer, pinag-aralan ng maraming mananaliksik ang disenyo at pag-optimize batay sa maraming salik gaya ng mga parameter ng pagpapatakbo, istraktura ng MG, at pag-optimize ng MG11.Ang pag-optimize ng MG ay maaaring gawin sa pamamagitan ng pagdaragdag ng mataas na thermal conductivity na materyales tulad ng mga foam metal sa mga layer ng MG 12,13.Kaya, ang epektibong thermal conductivity ay maaaring tumaas mula 0.1 hanggang 2 W/mK10.Gayunpaman, ang pagdaragdag ng mga solidong materyales ay makabuluhang binabawasan ang kapangyarihan ng MN reactor.Sa pagsasaalang-alang sa mga parameter ng pagpapatakbo, ang mga pagpapabuti ay maaaring makamit sa pamamagitan ng pag-optimize sa mga paunang kondisyon ng pagpapatakbo ng MG layer at coolant (HTF).Ang istraktura ng MG ay maaaring ma-optimize dahil sa geometry ng reactor at ang disenyo ng heat exchanger.Tungkol sa pagsasaayos ng MH reactor heat exchanger, ang mga pamamaraan ay maaaring nahahati sa dalawang uri.Ito ay mga panloob na heat exchanger na nakapaloob sa MO layer at panlabas na heat exchanger na sumasaklaw sa MO layer tulad ng mga palikpik, cooling jacket at water bath.Tungkol sa panlabas na heat exchanger, sinuri ng Kaplan16 ang operasyon ng MH reactor, gamit ang cooling water bilang jacket upang bawasan ang temperatura sa loob ng reactor.Ang mga resulta ay inihambing sa isang 22 round fin reactor at isa pang reactor na pinalamig ng natural na convection.Sinasabi nila na ang pagkakaroon ng isang cooling jacket ay makabuluhang binabawasan ang temperatura ng MH, sa gayon ay tumataas ang rate ng pagsipsip.Ang mga numerical na pag-aaral ng water-jacketed MH reactor nina Patil at Gopal17 ay nagpakita na ang presyon ng supply ng hydrogen at temperatura ng HTF ay mga pangunahing parameter na nakakaimpluwensya sa rate ng hydrogen uptake at desorption.
Ang pagpapataas sa lugar ng paglipat ng init sa pamamagitan ng pagdaragdag ng mga palikpik at mga heat exchanger na nakapaloob sa MH ay ang susi sa pagpapabuti ng pagganap ng init at mass transfer at samakatuwid ang pagganap ng imbakan ng MH18.Ilang internal heat exchanger configurations (straight tube at spiral coil) ang idinisenyo para i-circulate ang coolant sa MH19,20,21,22,23,24,25,26 reactor.Gamit ang panloob na heat exchanger, ang cooling o heating liquid ay maglilipat ng lokal na init sa loob ng MH reactor sa panahon ng proseso ng hydrogen adsorption.Sina Raju at Kumar [27] ay gumamit ng ilang tuwid na tubo bilang mga heat exchanger upang mapabuti ang pagganap ng MG.Ang kanilang mga resulta ay nagpakita na ang mga oras ng pagsipsip ay nabawasan kapag ang mga tuwid na tubo ay ginamit bilang mga heat exchanger.Bilang karagdagan, ang paggamit ng mga tuwid na tubo ay nagpapaikli sa oras ng hydrogen desorption28.Ang mas mataas na rate ng daloy ng coolant ay nagpapataas ng rate ng pag-charge at pagdiskarga ng hydrogen29.Gayunpaman, ang pagtaas ng bilang ng mga cooling tube ay may positibong epekto sa pagganap ng MH kaysa sa rate ng daloy ng coolant30,31.Ginamit ni Raju et al.32 ang LaMi4.7Al0.3 bilang isang materyal na MH upang pag-aralan ang pagganap ng mga multitube heat exchanger sa mga reactor.Iniulat nila na ang mga operating parameter ay may malaking epekto sa proseso ng pagsipsip, lalo na ang presyon ng feed at pagkatapos ay ang daloy ng rate ng HTF.Gayunpaman, ang temperatura ng pagsipsip ay naging hindi gaanong kritikal.
Ang pagganap ng MH reactor ay higit na napabuti sa pamamagitan ng paggamit ng spiral coil heat exchanger dahil sa pinabuting heat transfer nito kumpara sa mga straight tubes.Ito ay dahil ang pangalawang cycle ay mas makakapagtanggal ng init mula sa reaktor25.Bilang karagdagan, ang mga spiral tube ay nagbibigay ng isang malaking lugar sa ibabaw para sa paglipat ng init mula sa layer ng MH hanggang sa coolant.Kapag ang pamamaraang ito ay ipinakilala sa loob ng reaktor, ang pamamahagi ng mga heat exchange tubes ay mas pare-pareho din33.Wang et al.34 ay pinag-aralan ang epekto ng tagal ng hydrogen uptake sa pamamagitan ng pagdaragdag ng helical coil sa isang MH reactor.Ang kanilang mga resulta ay nagpapakita na habang ang heat transfer coefficient ng coolant ay tumataas, ang oras ng pagsipsip ay bumababa.Wu et al.25 ay nag-imbestiga sa pagganap ng Mg2Ni based MH reactors at coiled coil heat exchangers.Ang kanilang mga numerical na pag-aaral ay nagpakita ng pagbawas sa oras ng reaksyon.Ang pagpapabuti ng mekanismo ng paglipat ng init sa MN reactor ay batay sa isang mas maliit na ratio ng screw pitch sa screw pitch at isang walang dimension na screw pitch.Isang eksperimental na pag-aaral ni Mellouli et al.21 gamit ang coiled coil bilang internal heat exchanger ay nagpakita na ang HTF start temperature ay may malaking epekto sa pagpapabuti ng hydrogen uptake at desorption time.Ang mga kumbinasyon ng iba't ibang mga panloob na heat exchanger ay isinagawa sa ilang mga pag-aaral.Eisapur et al.35 ay nag-aral ng hydrogen storage gamit ang spiral coil heat exchanger na may central return tube upang mapabuti ang proseso ng pagsipsip ng hydrogen.Ang kanilang mga resulta ay nagpakita na ang spiral tube at ang central return tube ay makabuluhang nagpapabuti sa paglipat ng init sa pagitan ng coolant at ng MG.Ang mas maliit na pitch at mas malaking diameter ng spiral tube ay nagpapataas ng rate ng init at mass transfer.Ardahaie et al.36 ay gumamit ng flat spiral tubes bilang mga heat exchanger upang mapabuti ang paglipat ng init sa loob ng reactor.Iniulat nila na ang tagal ng pagsipsip ay nabawasan sa pamamagitan ng pagtaas ng bilang ng mga patag na spiral tube na eroplano.Ang mga kumbinasyon ng iba't ibang mga panloob na heat exchanger ay isinagawa sa ilang mga pag-aaral.Dhau et al.37 ay nagpabuti sa pagganap ng MH gamit ang isang coiled coil heat exchanger at fins.Ang kanilang mga resulta ay nagpapakita na ang pamamaraang ito ay binabawasan ang oras ng pagpuno ng hydrogen sa pamamagitan ng isang kadahilanan na 2 kumpara sa kaso na walang mga palikpik.Ang mga annular fins ay pinagsama sa mga cooling tubes at nakapaloob sa MN reactor.Ang mga resulta ng pag-aaral na ito ay nagpapakita na ang pinagsamang pamamaraan na ito ay nagbibigay ng higit na pare-parehong paglipat ng init kumpara sa MH reactor na walang palikpik.Gayunpaman, ang pagsasama-sama ng iba't ibang mga heat exchanger ay negatibong makakaapekto sa bigat at dami ng MH reactor.Inihambing ni Wu et al.18 ang iba't ibang configuration ng heat exchanger.Kabilang dito ang mga tuwid na tubo, palikpik at spiral coils.Iniulat ng mga may-akda na ang mga spiral coils ay nagbibigay ng pinakamahusay na mga pagpapabuti sa init at mass transfer.Bilang karagdagan, kumpara sa mga tuwid na tubo, mga likid na tubo, at mga tuwid na tubo na pinagsama sa mga nakapulupot na tubo, ang mga double coil ay may mas mahusay na epekto sa pagpapabuti ng paglipat ng init.Isang pag-aaral ni Sekhar et al.40 ay nagpakita na ang isang katulad na pagpapabuti sa hydrogen uptake ay nakamit gamit ang isang spiral coil bilang panloob na heat exchanger at isang finned external cooling jacket.
Sa mga halimbawang nabanggit sa itaas, ang paggamit ng mga spiral coil bilang panloob na heat exchanger ay nagbibigay ng mas mahusay na init at mass transfer na mga pagpapabuti kaysa sa iba pang mga heat exchanger, lalo na ang mga tuwid na tubo at palikpik.Samakatuwid, ang layunin ng pag-aaral na ito ay upang higit pang bumuo ng spiral coil upang mapabuti ang pagganap ng paglipat ng init.Sa unang pagkakataon, nabuo ang isang bagong semi-cylindrical coil batay sa conventional MH storage helical coil.Inaasahang mapapabuti ng pag-aaral na ito ang pagganap ng imbakan ng hydrogen sa pamamagitan ng pagsasaalang-alang sa isang bagong disenyo ng heat exchanger na may mas magandang layout ng heat transfer zone na ibinibigay ng patuloy na dami ng MH bed at HTF tubes.Ang pagganap ng imbakan ng bagong heat exchanger na ito ay ikinumpara sa maginoo na spiral coil heat exchanger batay sa iba't ibang coil pitch.Ayon sa umiiral na literatura, ang mga kondisyon ng operating at spacing ng mga coils ay ang pangunahing mga kadahilanan na nakakaapekto sa pagganap ng mga MH reactors.Upang ma-optimize ang disenyo ng bagong heat exchanger na ito, ang epekto ng coil spacing sa hydrogen uptake time at MH volume ay inimbestigahan.Bilang karagdagan, upang maunawaan ang kaugnayan sa pagitan ng mga bagong hemi-cylindrical coils at mga kondisyon ng pagpapatakbo, ang pangalawang layunin ng pag-aaral na ito ay pag-aralan ang mga katangian ng reaktor ayon sa iba't ibang mga saklaw ng operating parameter at matukoy ang naaangkop na mga halaga para sa bawat operating. mode.parameter.
Ang performance ng hydrogen energy storage device sa pag-aaral na ito ay sinisiyasat batay sa dalawang heat exchanger configuration (kabilang ang spiral tubes sa mga kaso 1 hanggang 3 at semi-cylindrical tubes sa mga kaso 4 hanggang 6) at isang sensitivity analysis ng mga operating parameter.Ang operability ng MH reactor ay nasubok sa unang pagkakataon gamit ang spiral tube bilang heat exchanger.Parehong gawa sa hindi kinakalawang na asero ang coolant oil pipe at ang MH reactor vessel.Dapat pansinin na ang mga sukat ng reaktor ng MG at ang diameter ng mga tubo ng GTF ay pare-pareho sa lahat ng mga kaso, habang iba-iba ang mga sukat ng hakbang ng GTF.Sinusuri ng seksyong ito ang epekto ng laki ng pitch ng HTF coils.Ang taas at panlabas na diameter ng reaktor ay 110 mm at 156 mm, ayon sa pagkakabanggit.Ang diameter ng heat-conducting oil pipe ay nakatakda sa 6mm.Tingnan ang Karagdagang Seksyon para sa mga detalye sa MH reactor circuit diagram na may spiral tubes at dalawang semi-cylindrical tubes.
Sa fig.Ipinapakita ng 1a ang MH spiral tube reactor at ang mga sukat nito.Ang lahat ng mga geometric na parameter ay ibinibigay sa talahanayan.1. Ang kabuuang volume ng helix at ang volume ng ZG ay humigit-kumulang 100 cm3 at 2000 cm3, ayon sa pagkakabanggit.Mula sa MH reactor na ito, ang hangin sa anyo ng HTF ay ipinasok sa porous MH reactor mula sa ibaba sa pamamagitan ng isang spiral tube, at ang hydrogen ay ipinakilala mula sa tuktok na ibabaw ng reaktor.
Pagkilala sa mga napiling geometries para sa mga metal hydride reactor.a) na may spiral-tubular heat exchanger, b) na may semi-cylindrical tubular heat exchanger.
Sinusuri ng ikalawang bahagi ang pagpapatakbo ng MH reactor batay sa isang semi-cylindrical tube bilang isang heat exchanger.Sa fig.Ipinapakita ng 1b ang MN reactor na may dalawang semi-cylindrical tubes at ang kanilang mga sukat.Inililista ng talahanayan 1 ang lahat ng mga geometric na parameter ng mga semi-cylindrical na tubo, na nananatiling pare-pareho, maliban sa distansya sa pagitan nila.Dapat tandaan na ang semi-cylindrical tube sa Case 4 ay dinisenyo na may pare-parehong dami ng HTF tube at MH alloy sa coiled tube (opsyon 3).Tungkol naman sa fig.1b, ang hangin ay ipinakilala din mula sa ilalim ng dalawang semi-cylindrical HTF tubes, at ang hydrogen ay ipinakilala mula sa kabaligtaran ng direksyon ng MH reactor.
Dahil sa bagong disenyo ng heat exchanger, ang layunin ng seksyong ito ay upang matukoy ang naaangkop na mga paunang halaga para sa mga operating parameter ng MH reactor kasama ang SCHE.Sa lahat ng kaso, ang hangin ay ginamit bilang isang coolant upang alisin ang init mula sa reaktor.Kabilang sa mga heat transfer oil, ang hangin at tubig ay karaniwang pinipili bilang heat transfer oil para sa mga MH reactor dahil sa kanilang mababang halaga at mababang epekto sa kapaligiran.Dahil sa mataas na operating temperature range ng magnesium-based alloys, napili ang hangin bilang coolant sa pag-aaral na ito.Bilang karagdagan, mayroon din itong mas mahusay na mga katangian ng daloy kaysa sa iba pang mga likidong metal at mga nilusaw na asin41.Inililista ng talahanayan 2 ang mga katangian ng hangin sa 573 K. Para sa pagsusuri ng sensitivity sa seksyong ito, tanging ang pinakamahusay na mga pagsasaayos ng mga opsyon sa pagganap ng MH-SCHE (sa mga kaso 4 hanggang 6) ang inilalapat.Ang mga pagtatantya sa seksyong ito ay batay sa iba't ibang mga parameter ng pagpapatakbo, kabilang ang paunang temperatura ng MH reactor, ang hydrogen loading pressure, ang HTF inlet temperature, at ang Reynolds number na kinakalkula sa pamamagitan ng pagbabago ng HTF rate.Ang talahanayan 3 ay naglalaman ng lahat ng mga parameter ng pagpapatakbo na ginagamit para sa pagsusuri ng sensitivity.
Inilalarawan ng seksyong ito ang lahat ng kinakailangang control equation para sa proseso ng hydrogen absorption, turbulence at heat transfer ng mga coolant.
Upang gawing simple ang solusyon ng hydrogen uptake reaction, ang mga sumusunod na pagpapalagay ay ginawa at ibinigay;
Sa panahon ng pagsipsip, ang mga thermophysical na katangian ng hydrogen at metal hydride ay pare-pareho.
Ang hydrogen ay itinuturing na isang perpektong gas, kaya ang mga kondisyon ng lokal na thermal equilibrium43,44 ay isinasaalang-alang.
kung saan ang \({L}_{gas}\) ay ang radius ng tangke, at ang \({L}_{heat}\) ay ang axial height ng tangke.Kapag ang N ay mas mababa sa 0.0146, ang daloy ng hydrogen sa tangke ay maaaring balewalain sa simulation nang walang makabuluhang error.Ayon sa kasalukuyang pananaliksik, ang N ay mas mababa kaysa sa 0.1.Samakatuwid, ang epekto ng gradient ng presyon ay maaaring mapabayaan.
Ang mga pader ng reaktor ay mahusay na insulated sa lahat ng mga kaso.Samakatuwid, walang palitan ng init 47 sa pagitan ng reaktor at ng kapaligiran.
Kilalang-kilala na ang mga haluang metal na nakabase sa Mg ay may magandang katangian ng hydrogenation at mataas na kapasidad ng imbakan ng hydrogen hanggang sa 7.6 wt%8.Sa mga tuntunin ng solid state hydrogen storage application, ang mga haluang ito ay kilala rin bilang magaan na materyales.Bilang karagdagan, mayroon silang mahusay na paglaban sa init at mahusay na kakayahang maproseso8.Sa ilang Mg-based alloys, Mg2Ni-based MgNi alloy ay isa sa mga pinaka-angkop na opsyon para sa MH storage dahil sa hydrogen storage capacity nito na hanggang 6 wt%.Nagbibigay din ang Mg2Ni alloys ng mas mabilis na adsorption at desorption kinetics kumpara sa MgH48 alloy.Samakatuwid, napili ang Mg2Ni bilang materyal na metal hydride sa pag-aaral na ito.
Ang equation ng enerhiya ay ipinahayag bilang 25 batay sa balanse ng init sa pagitan ng hydrogen at Mg2Ni hydride:
Ang X ay ang dami ng hydrogen na hinihigop sa ibabaw ng metal, ang yunit ay \(timbang\%\), kinakalkula mula sa kinetic equation \(\frac{dX}{dt}\) sa panahon ng pagsipsip tulad ng sumusunod49:
kung saan ang \({C}_{a}\) ay ang rate ng reaksyon at ang \({E}_{a}\) ay ang activation energy.Ang \({P}_{a,eq}\) ay ang equilibrium pressure sa loob ng metal hydride reactor sa panahon ng proseso ng pagsipsip, na ibinigay ng van't Hoff equation bilang mga sumusunod25:
Kung saan ang \({P}_{ref}\) ay ang reference pressure na 0.1 MPa.Ang \(\Delta H\) at \(\Delta S\) ay ang enthalpy at entropy ng reaksyon, ayon sa pagkakabanggit.Ang mga katangian ng mga haluang metal na Mg2Ni at hydrogen ay ipinakita sa talahanayan.4. Ang pinangalanang listahan ay matatagpuan sa pandagdag na seksyon.
Ang daloy ng fluid ay itinuturing na magulong dahil ang bilis nito at Reynolds number (Re) ay 78.75 ms-1 at 14000, ayon sa pagkakabanggit.Sa pag-aaral na ito, napili ang isang maaabot na k-ε turbulence model.Napansin na ang pamamaraang ito ay nagbibigay ng mas mataas na katumpakan kumpara sa iba pang mga pamamaraan ng k-ε, at nangangailangan din ng mas kaunting oras ng pag-compute kaysa sa mga pamamaraan ng RNG k-ε50,51.Tingnan ang Karagdagang Seksyon para sa mga detalye sa mga pangunahing equation para sa mga heat transfer fluid.
Sa una, ang temperatura ng rehimen sa MN reactor ay pare-pareho, at ang average na konsentrasyon ng hydrogen ay 0.043.Ipinapalagay na ang panlabas na hangganan ng MH reactor ay mahusay na insulated.Ang mga haluang metal na nakabase sa magnesium ay karaniwang nangangailangan ng mataas na temperatura ng pagpapatakbo ng reaksyon upang mag-imbak at maglabas ng hydrogen sa reaktor.Ang Mg2Ni alloy ay nangangailangan ng hanay ng temperatura na 523–603 K para sa maximum na pagsipsip at isang hanay ng temperatura na 573–603 K para sa kumpletong desorption52.Gayunpaman, ang mga eksperimentong pag-aaral ni Muthukumar et al.53 ay nagpakita na ang pinakamataas na kapasidad ng imbakan ng Mg2Ni para sa imbakan ng hydrogen ay maaaring makamit sa temperatura ng pagpapatakbo na 573 K, na tumutugma sa kapasidad ng teoretikal nito.Samakatuwid, ang temperatura ng 573 K ay pinili bilang paunang temperatura ng MN reactor sa pag-aaral na ito.
Gumawa ng iba't ibang laki ng grid para sa pagpapatunay at maaasahang mga resulta.Sa fig.Ipinapakita ng 2 ang average na temperatura sa mga napiling lokasyon sa proseso ng pagsipsip ng hydrogen mula sa apat na magkakaibang elemento.Kapansin-pansin na isang kaso lamang ng bawat pagsasaayos ang pinili upang subukan ang pagsasarili ng grid dahil sa katulad na geometry.Ang parehong paraan ng meshing ay inilalapat sa ibang mga kaso.Samakatuwid, piliin ang opsyon 1 para sa spiral pipe at opsyon 4 para sa semi-cylindrical pipe.Sa fig.Ang 2a, b ay nagpapakita ng average na temperatura sa reaktor para sa mga opsyon 1 at 4, ayon sa pagkakabanggit.Ang tatlong napiling lokasyon ay kumakatawan sa mga contour ng temperatura ng kama sa itaas, gitna, at ibaba ng reaktor.Batay sa mga contour ng temperatura sa mga napiling lokasyon, nagiging stable ang average na temperatura at nagpapakita ng kaunting pagbabago sa mga numero ng elemento na 428,891 at 430,599 para sa mga kaso 1 at 4, ayon sa pagkakabanggit.Samakatuwid, ang mga laki ng grid na ito ay pinili para sa karagdagang pagkalkula ng computational.Ang detalyadong impormasyon sa average na temperatura ng kama para sa proseso ng pagsipsip ng hydrogen para sa iba't ibang laki ng cell at sunud-sunod na pinong meshes para sa parehong mga kaso ay ibinibigay sa pandagdag na seksyon.
Average na temperatura ng kama sa mga napiling punto sa proseso ng pagsipsip ng hydrogen sa isang metal hydride reactor na may iba't ibang grid number.(a) Average na temperatura sa mga napiling lokasyon para sa case 1 at (b) Average na temperatura sa mga napiling lokasyon para sa case 4.
Ang Mg-based na metal hydride reactor sa pag-aaral na ito ay nasubok batay sa mga eksperimentong resulta ng Muthukumar et al.53.Sa kanilang pag-aaral, gumamit sila ng Mg2Ni alloy upang mag-imbak ng hydrogen sa mga hindi kinakalawang na tubo na bakal.Ang mga palikpik na tanso ay ginagamit upang mapabuti ang paglipat ng init sa loob ng reaktor.Sa fig.Ang 3a ay nagpapakita ng paghahambing ng average na temperatura ng proseso ng pagsipsip sa pagitan ng eksperimentong pag-aaral at pag-aaral na ito.Ang mga kundisyon sa pagpapatakbo na pinili para sa eksperimentong ito ay: MG na paunang temperatura 573 K at presyon ng pumapasok na 2 MPa.Mula sa fig.3a maaari itong malinaw na maipakita na ang pang-eksperimentong resulta na ito ay nasa mabuting kasunduan sa kasalukuyan na may paggalang sa average na temperatura ng layer.
Pagpapatunay ng modelo.(a) Pag-verify ng code ng Mg2Ni metal hydride reactor sa pamamagitan ng paghahambing ng kasalukuyang pag-aaral sa eksperimentong gawain ng Muthukumar et al.52, at (b) pag-verify ng spiral tube turbulent flow model sa pamamagitan ng paghahambing ng kasalukuyang pag-aaral sa Kumar et al .Pananaliksik.54.
Upang subukan ang modelo ng turbulence, ang mga resulta ng pag-aaral na ito ay inihambing sa mga eksperimentong resulta ng Kumar et al.54 upang kumpirmahin ang kawastuhan ng napiling modelo ng turbulence.Pinag-aralan ni Kumar et al.54 ang magulong daloy sa isang tube-in-pipe spiral heat exchanger.Ang tubig ay ginagamit bilang mainit at malamig na likido na iniksyon mula sa magkabilang panig.Ang mainit at malamig na temperatura ng likido ay 323 K at 300 K, ayon sa pagkakabanggit.Ang mga numero ng Reynolds ay mula 3100 hanggang 5700 para sa mainit na likido at mula 21,000 hanggang 35,000 para sa malamig na likido.Ang mga numero ng dean ay 550-1000 para sa mainit na likido at 3600-6000 para sa malamig na likido.Ang mga diameter ng panloob na tubo (para sa mainit na likido) at ang panlabas na tubo (para sa malamig na likido) ay 0.0254 m at 0.0508 m, ayon sa pagkakabanggit.Ang diameter at pitch ng helical coil ay 0.762 m at 0.100 m, ayon sa pagkakabanggit.Sa fig.Ang 3b ay nagpapakita ng paghahambing ng mga eksperimental at kasalukuyang resulta para sa iba't ibang pares ng Nusselt at Dean na numero para sa coolant sa inner tube.Tatlong magkakaibang modelo ng turbulence ang ipinatupad at inihambing sa mga eksperimentong resulta.Gaya ng ipinapakita sa fig.3b, ang mga resulta ng makakamit na k-ε turbulence model ay nasa mabuting pagsang-ayon sa pang-eksperimentong data.Samakatuwid, ang modelong ito ay pinili sa pag-aaral na ito.
Ang mga numerical simulation sa pag-aaral na ito ay isinagawa gamit ang ANSYS Fluent 2020 R2.Sumulat ng User-Defined Function (UDF) at gamitin ito bilang input term ng energy equation para kalkulahin ang kinetics ng absorption process.Ang PRESTO55 circuit at ang PISO56 na paraan ay ginagamit para sa pressure-velocity na komunikasyon at pressure correction.Pumili ng Greene-Gauss cell base para sa variable gradient.Ang mga equation ng momentum at enerhiya ay nalulutas sa pamamagitan ng second-order upwind method.Tungkol sa mga under-relaxation coefficient, ang presyon, bilis, at mga bahagi ng enerhiya ay nakatakda sa 0.5, 0.7, at 0.7, ayon sa pagkakabanggit.Ang mga karaniwang pag-andar sa dingding ay inilalapat sa HTF sa modelo ng turbulence.
Ang seksyong ito ay nagpapakita ng mga resulta ng mga numerical simulation ng pinahusay na internal heat transfer ng isang MH reactor gamit ang coiled coil heat exchanger (HCHE) at isang helical coil heat exchanger (SCHE) sa panahon ng hydrogen absorption.Ang epekto ng HTF pitch sa temperatura ng reactor bed at ang tagal ng pagsipsip ay nasuri.Ang pangunahing mga parameter ng operating ng proseso ng pagsipsip ay pinag-aralan at ipinakita sa seksyon ng pagsusuri ng sensitivity.
Upang siyasatin ang epekto ng coil spacing sa heat transfer sa isang MH reactor, tatlong heat exchanger configuration na may iba't ibang pitch ang inimbestigahan.Ang tatlong magkakaibang pitch na 15mm, 12.86mm at 10mm ay itinalagang body 1, body 2 at body 3 ayon sa pagkakabanggit.Dapat tandaan na ang diameter ng pipe ay naayos sa 6 mm sa isang paunang temperatura ng 573 K at isang presyon ng paglo-load ng 1.8 MPa sa lahat ng mga kaso.Sa fig.Ipinapakita ng 4 ang average na temperatura ng kama at konsentrasyon ng hydrogen sa layer ng MH sa panahon ng proseso ng pagsipsip ng hydrogen sa mga kaso 1 hanggang 3. Karaniwan, ang reaksyon sa pagitan ng metal hydride at hydrogen ay exothermic sa proseso ng pagsipsip.Samakatuwid, ang temperatura ng kama ay mabilis na tumataas dahil sa unang sandali kapag ang hydrogen ay unang ipinasok sa reaktor.Ang temperatura ng kama ay tumataas hanggang umabot ito sa pinakamataas na halaga at pagkatapos ay unti-unting bumababa habang ang init ay dinadala ng coolant, na may mas mababang temperatura at nagsisilbing coolant.Gaya ng ipinapakita sa fig.4a, dahil sa naunang paliwanag, ang temperatura ng layer ay mabilis na tumataas at patuloy na bumababa.Ang konsentrasyon ng hydrogen para sa proseso ng pagsipsip ay karaniwang batay sa temperatura ng kama ng MH reactor.Kapag ang average na temperatura ng layer ay bumaba sa isang tiyak na temperatura, ang ibabaw ng metal ay sumisipsip ng hydrogen.Ito ay dahil sa acceleration ng mga proseso ng physisorption, chemisorption, diffusion ng hydrogen at ang pagbuo ng mga hydride nito sa reactor.Mula sa fig.4b makikita na ang rate ng pagsipsip ng hydrogen sa kaso 3 ay mas mababa kaysa sa ibang mga kaso dahil sa mas maliit na halaga ng hakbang ng coil heat exchanger.Nagreresulta ito sa mas mahabang kabuuang haba ng tubo at mas malaking lugar ng paglipat ng init para sa mga HTF pipe.Sa average na konsentrasyon ng hydrogen na 90%, ang oras ng pagsipsip para sa Case 1 ay 46,276 segundo.Kung ikukumpara sa tagal ng pagsipsip sa kaso 1, ang tagal ng pagsipsip sa mga kaso 2 at 3 ay nabawasan ng 724 s at 1263 s, ayon sa pagkakabanggit.Ang karagdagang seksyon ay nagpapakita ng mga contour ng temperatura at konsentrasyon ng hydrogen para sa mga napiling lokasyon sa layer ng HCHE-MH.
Impluwensya ng distansya sa pagitan ng mga coil sa average na temperatura ng layer at konsentrasyon ng hydrogen.(a) Average na temperatura ng kama para sa helical coils, (b) hydrogen concentration para sa helical coils, (c) average bed temperature para sa hemi-cylindrical coils, at (d) hydrogen concentration para sa hemi-cylindrical coils.
Upang mapabuti ang mga katangian ng paglipat ng init ng MG reactor, dalawang HFC ang idinisenyo para sa isang pare-parehong dami ng MG (2000 cm3) at isang spiral heat exchanger (100 cm3) ng Opsyon 3. Isinasaalang-alang din ng seksyong ito ang epekto ng distansya sa pagitan ng coils ng 15 mm para sa case 4, 12.86 mm para sa case 5 at 10 mm para sa case 6. Sa fig.Ang 4c,d ay nagpapakita ng average na temperatura ng kama at konsentrasyon ng proseso ng pagsipsip ng hydrogen sa isang paunang temperatura na 573 K at isang presyon ng paglo-load na 1.8 MPa.Ayon sa average na temperatura ng layer sa Fig. 4c, ang mas maliit na distansya sa pagitan ng mga coils sa kaso 6 ay binabawasan ang temperatura nang malaki kumpara sa iba pang dalawang kaso.Para sa kaso 6, ang mas mababang temperatura ng kama ay nagreresulta sa mas mataas na konsentrasyon ng hydrogen (tingnan ang Fig. 4d).Ang oras ng paggamit ng hydrogen para sa Variant 4 ay 19542 s, na higit sa 2 beses na mas mababa kaysa sa Mga Variant 1-3 gamit ang HCH.Bilang karagdagan, kumpara sa case 4, ang oras ng pagsipsip ay nabawasan din ng 378 s at 1515 s sa mga kaso 5 at 6 na may mas mababang distansya.Ang karagdagang seksyon ay nagpapakita ng mga contour ng temperatura at konsentrasyon ng hydrogen para sa mga napiling lokasyon sa layer ng SCHE-MH.
Upang pag-aralan ang pagganap ng dalawang configuration ng heat exchanger, ang seksyong ito ay nag-plot at nagpapakita ng mga curve ng temperatura sa tatlong napiling lokasyon.Ang MH reactor na may HCHE mula sa case 3 ay pinili para sa paghahambing sa MH reactor na naglalaman ng SCHE sa case 4 dahil ito ay may pare-parehong MH volume at pipe volume.Ang operating kondisyon para sa paghahambing na ito ay isang paunang temperatura ng 573 K at isang loading pressure ng 1.8 MPa.Sa fig.Ipinapakita ng 5a at 5b ang lahat ng tatlong napiling posisyon ng mga profile ng temperatura sa mga kaso 3 at 4, ayon sa pagkakabanggit.Sa fig.Ipinapakita ng 5c ang profile ng temperatura at konsentrasyon ng layer pagkatapos ng 20,000 s ng hydrogen uptake.Ayon sa linya 1 sa Fig. 5c, ang temperatura sa paligid ng TTF mula sa mga opsyon 3 at 4 ay bumababa dahil sa convective heat transfer ng coolant.Nagreresulta ito sa mas mataas na konsentrasyon ng hydrogen sa paligid ng lugar na ito.Gayunpaman, ang paggamit ng dalawang SCHE ay nagreresulta sa isang mas mataas na konsentrasyon ng layer.Ang mas mabilis na kinetic na mga tugon ay natagpuan sa paligid ng rehiyon ng HTF sa kaso 4. Bilang karagdagan, ang isang maximum na konsentrasyon ng 100% ay natagpuan din sa rehiyong ito.Mula sa linya 2 na matatagpuan sa gitna ng reaktor, ang temperatura ng case 4 ay makabuluhang mas mababa kaysa sa temperatura ng case 3 sa lahat ng lugar maliban sa gitna ng reactor.Nagreresulta ito sa pinakamataas na konsentrasyon ng hydrogen para sa kaso 4 maliban sa rehiyon na malapit sa gitna ng reaktor na malayo sa HTF.Gayunpaman, ang konsentrasyon ng kaso 3 ay hindi gaanong nagbago.Ang isang malaking pagkakaiba sa temperatura at konsentrasyon ng layer ay naobserbahan sa linya 3 malapit sa pasukan sa GTS.Ang temperatura ng layer sa kaso 4 ay makabuluhang nabawasan, na nagreresulta sa pinakamataas na konsentrasyon ng hydrogen sa rehiyong ito, habang ang linya ng konsentrasyon sa kaso 3 ay pabago-bago pa rin.Ito ay dahil sa pagbilis ng paglipat ng init ng SCHE.Ang mga detalye at talakayan ng paghahambing ng average na temperatura ng MH layer at HTF pipe sa pagitan ng case 3 at case 4 ay ibinibigay sa pandagdag na seksyon.
Profile ng temperatura at konsentrasyon ng kama sa mga napiling lokasyon sa metal hydride reactor.(a) Mga napiling lokasyon para sa case 3, (b) Mga napiling lokasyon para sa case 4, at (c) Profile ng temperatura at konsentrasyon ng layer sa mga napiling lokasyon pagkatapos ng 20,000 s para sa proseso ng hydrogen uptake sa mga kaso 3 at 4.
Sa fig.Ipinapakita ng Figure 6 ang isang paghahambing ng average na temperatura ng kama (tingnan ang Fig. 6a) at konsentrasyon ng hydrogen (tingnan ang Fig. 6b) para sa pagsipsip ng HCH at SHE.Makikita mula sa figure na ito na ang temperatura ng layer ng MG ay makabuluhang bumababa dahil sa pagtaas sa lugar ng palitan ng init.Ang pag-alis ng mas maraming init mula sa reactor ay nagreresulta sa isang mas mataas na rate ng pag-aakma ng hydrogen.Bagama't ang dalawang kumpigurasyon ng heat exchanger ay may parehong volume kumpara sa paggamit ng HCHE bilang Opsyon 3, ang oras ng paggamit ng hydrogen ng SCHE batay sa Opsyon 4 ay makabuluhang nabawasan ng 59%.Para sa isang mas detalyadong pagsusuri, ang mga konsentrasyon ng hydrogen para sa dalawang kumpigurasyon ng heat exchanger ay ipinapakita bilang mga isoline sa Figure 7. Ipinapakita ng figure na ito na sa parehong mga kaso, ang hydrogen ay nagsisimulang masipsip mula sa ibaba sa paligid ng HTF inlet.Ang mas mataas na konsentrasyon ay natagpuan sa rehiyon ng HTF, habang ang mas mababang mga konsentrasyon ay naobserbahan sa gitna ng MH reactor dahil sa distansya nito mula sa heat exchanger.Pagkatapos ng 10,000 s, ang hydrogen concentration sa case 4 ay mas mataas kaysa sa case 3. Pagkatapos ng 20,000 seconds, ang average na hydrogen concentration sa reactor ay tumaas sa 90% sa case 4 kumpara sa 50% hydrogen sa case 3. Ito ay maaaring dahil sa mas mataas na epektibong kapasidad sa paglamig ng pagsasama-sama ng dalawang SCHE, na nagreresulta sa mas mababang temperatura sa loob ng layer ng MH.Dahil dito, ang isang mas equilibrium pressure ay bumaba sa loob ng MG layer, na humahantong sa isang mas mabilis na pagsipsip ng hydrogen.
Kaso 3 at Kaso 4 Paghahambing ng average na temperatura ng kama at konsentrasyon ng hydrogen sa pagitan ng dalawang configuration ng heat exchanger.
Paghahambing ng konsentrasyon ng hydrogen pagkatapos ng 500, 2000, 5000, 10000 at 20000 s pagkatapos ng pagsisimula ng proseso ng pagsipsip ng hydrogen sa kaso 3 at kaso 4.
Ang talahanayan 5 ay nagbubuod sa tagal ng hydrogen uptake para sa lahat ng mga kaso.Bilang karagdagan, ipinapakita din ng talahanayan ang oras ng pagsipsip ng hydrogen, na ipinahayag bilang isang porsyento.Ang porsyentong ito ay kinakalkula batay sa oras ng pagsipsip ng Kaso 1. Mula sa talahanayang ito, ang oras ng pagsipsip ng MH reactor na gumagamit ng HCHE ay humigit-kumulang 45,000 hanggang 46,000 s, at ang oras ng pagsipsip kasama ang SCHE ay humigit-kumulang 18,000 hanggang 19,000 s.Kung ikukumpara sa Case 1, ang oras ng pagsipsip sa Case 2 at Case 3 ay nabawasan lamang ng 1.6% at 2.7%, ayon sa pagkakabanggit.Kapag gumagamit ng SCHE sa halip na HCHE, ang oras ng pagsipsip ay makabuluhang nabawasan mula sa case 4 hanggang sa case 6, mula 58% hanggang 61%.Malinaw na ang pagdaragdag ng SCHE sa MH reactor ay lubos na nagpapabuti sa proseso ng pagsipsip ng hydrogen at ang pagganap ng MH reactor.Kahit na ang pag-install ng isang heat exchanger sa loob ng MH reactor ay binabawasan ang kapasidad ng imbakan, ang teknolohiyang ito ay nagbibigay ng isang makabuluhang pagpapabuti sa paglipat ng init kumpara sa iba pang mga teknolohiya.Gayundin, ang pagpapababa sa halaga ng pitch ay tataas ang volume ng SCHE, na magreresulta sa pagbaba sa volume ng MH.Sa kaso 6 na may pinakamataas na dami ng SCHE, ang MH volumetric na kapasidad ay nabawasan lamang ng 5% kumpara sa case 1 na may pinakamababang dami ng HCHE.Bilang karagdagan, sa panahon ng pagsipsip, ang kaso 6 ay nagpakita ng mas mabilis at mas mahusay na pagganap na may 61% na pagbawas sa oras ng pagsipsip.Samakatuwid ang kaso 6 ay pinili para sa karagdagang pagsisiyasat sa pagsusuri ng sensitivity.Dapat tandaan na ang mahabang oras ng paggamit ng hydrogen ay nauugnay sa isang tangke ng imbakan na naglalaman ng dami ng MH na humigit-kumulang 2000 cm3.
Ang mga operating parameter sa panahon ng reaksyon ay mahalagang mga kadahilanan na positibo o negatibong nakakaapekto sa pagganap ng MH reactor sa ilalim ng mga tunay na kondisyon.Isinasaalang-alang ng pag-aaral na ito ang pagsusuri ng sensitivity upang matukoy ang naaangkop na mga paunang parameter ng pagpapatakbo para sa isang MH reactor kasama ng SCHE, at sinisiyasat ng seksyong ito ang apat na pangunahing mga parameter ng pagpapatakbo batay sa pinakamainam na pagsasaayos ng reaktor sa kaso 6. Ang mga resulta para sa lahat ng mga kondisyon ng pagpapatakbo ay ipinapakita sa Larawan 8.
Graph ng konsentrasyon ng hydrogen sa ilalim ng iba't ibang kondisyon ng operating kapag gumagamit ng heat exchanger na may semi-cylindrical coil.(a) loading pressure, (b) paunang temperatura ng kama, (c) coolant Reynolds number, at (d) coolant inlet temperature.
Batay sa isang pare-parehong paunang temperatura na 573 K at isang coolant flow rate na may Reynolds number na 14,000, apat na iba't ibang loading pressure ang napili: 1.2 MPa, 1.8 MPa, 2.4 MPa, at 3.0 MPa.Sa fig.Ipinapakita ng 8a ang epekto ng loading pressure at SCHE sa konsentrasyon ng hydrogen sa paglipas ng panahon.Ang oras ng pagsipsip ay bumababa sa pagtaas ng presyon ng paglo-load.Ang paggamit ng inilapat na presyon ng hydrogen na 1.2 MPa ay ang pinakamasamang kaso para sa proseso ng pagsipsip ng hydrogen, at ang tagal ng pagsipsip ay lumampas sa 26,000 s upang makamit ang 90% na pagsipsip ng hydrogen.Gayunpaman, ang mas mataas na presyon ng paglo-load ay nagresulta sa isang 32-42% na pagbaba sa oras ng pagsipsip mula 1.8 hanggang 3.0 MPa.Ito ay dahil sa mas mataas na paunang presyon ng hydrogen, na nagreresulta sa isang mas malaking pagkakaiba sa pagitan ng equilibrium pressure at ang inilapat na presyon.Samakatuwid, ito ay lumilikha ng isang malaking puwersang nagtutulak para sa mga kinetics ng hydrogen uptake.Sa paunang sandali, ang hydrogen gas ay mabilis na nasisipsip dahil sa malaking pagkakaiba sa pagitan ng equilibrium pressure at ng inilapat na presyon57.Sa loading pressure na 3.0 MPa, mabilis na naipon ang 18% hydrogen sa unang 10 segundo.Ang hydrogen ay nakaimbak sa 90% ng mga reactor sa huling yugto para sa 15460 s.Gayunpaman, sa isang presyon ng paglo-load na 1.2 hanggang 1.8 MPa, ang oras ng pagsipsip ay makabuluhang nabawasan ng 32%.Ang iba pang mas mataas na presyon ay hindi gaanong epekto sa pagpapabuti ng mga oras ng pagsipsip.Samakatuwid, inirerekomenda na ang loading pressure ng MH-SCHE reactor ay 1.8 MPa.Ang karagdagang seksyon ay nagpapakita ng mga contour ng konsentrasyon ng hydrogen para sa iba't ibang mga presyon ng paglo-load sa 15500 s.
Ang pagpili ng naaangkop na paunang temperatura ng MH reactor ay isa sa mga pangunahing kadahilanan na nakakaapekto sa proseso ng adsorption ng hydrogen, dahil nakakaapekto ito sa puwersang nagtutulak ng reaksyon ng pagbuo ng hydride.Upang pag-aralan ang epekto ng SCHE sa paunang temperatura ng MH reactor, apat na magkakaibang temperatura ang napili sa isang pare-parehong presyon ng paglo-load na 1.8 MPa at isang Reynolds na bilang na 14,000 HTF.Sa fig.Ipinapakita ng Figure 8b ang paghahambing ng iba't ibang panimulang temperatura, kabilang ang 473K, 523K, 573K, at 623K.Sa katunayan, kapag ang temperatura ay mas mataas sa 230°C o 503K58, ang Mg2Ni alloy ay may mabisang katangian para sa proseso ng pagsipsip ng hydrogen.Gayunpaman, sa unang sandali ng pag-iniksyon ng hydrogen, mabilis na tumataas ang temperatura.Dahil dito, ang temperatura ng layer ng MG ay lalampas sa 523 K. Samakatuwid, ang pagbuo ng hydrides ay pinadali dahil sa tumaas na rate ng pagsipsip53.Mula sa fig.Makikita mula sa Fig. 8b na ang hydrogen ay mas mabilis na nasisipsip habang bumababa ang paunang temperatura ng layer ng MB.Ang mas mababang equilibrium pressure ay nangyayari kapag ang unang temperatura ay mas mababa.Kung mas malaki ang pagkakaiba ng presyon sa pagitan ng presyon ng balanse at ang inilapat na presyon, mas mabilis ang proseso ng pagsipsip ng hydrogen.Sa paunang temperatura na 473 K, ang hydrogen ay mabilis na nasisipsip hanggang 27% sa unang 18 segundo.Bilang karagdagan, ang oras ng pagsipsip ay nabawasan din mula 11% hanggang 24% sa mas mababang paunang temperatura kumpara sa paunang temperatura na 623 K. Ang oras ng pagsipsip sa pinakamababang paunang temperatura ng 473 K ay 15247 s, na katulad ng pinakamahusay ang presyon ng paglo-load ng kaso, gayunpaman, ang pagbaba sa paunang temperatura ng temperatura ng reaktor ay humahantong sa pagbaba sa kapasidad ng imbakan ng hydrogen.Ang paunang temperatura ng MN reactor ay dapat na hindi bababa sa 503 K53.Bilang karagdagan, sa isang paunang temperatura ng 573 K53, ang isang maximum na kapasidad ng imbakan ng hydrogen na 3.6 wt% ay maaaring makamit.Sa mga tuntunin ng kapasidad ng imbakan ng hydrogen at tagal ng pagsipsip, ang mga temperatura sa pagitan ng 523 at 573 K ay nagpapaikli ng oras ng 6% lamang.Samakatuwid, ang isang temperatura ng 573 K ay iminungkahi bilang ang paunang temperatura ng MH-SCHE reactor.Gayunpaman, ang epekto ng paunang temperatura sa proseso ng pagsipsip ay hindi gaanong makabuluhan kumpara sa presyon ng paglo-load.Ang karagdagang seksyon ay nagpapakita ng mga contour ng konsentrasyon ng hydrogen para sa iba't ibang mga paunang temperatura sa 15500 s.
Ang daloy ng rate ay isa sa mga pangunahing parameter ng hydrogenation at dehydrogenation dahil maaari itong makaapekto sa turbulence at pag-alis ng init o input sa panahon ng hydrogenation at dehydrogenation59.Ang mataas na rate ng daloy ay lilikha ng mga magulong yugto at magreresulta sa mas mabilis na daloy ng likido sa pamamagitan ng HTF tubing.Ang reaksyong ito ay magreresulta sa mas mabilis na paglipat ng init.Ang iba't ibang bilis ng pagpasok para sa HTF ay kinakalkula batay sa mga bilang ng Reynolds na 10,000, 14,000, 18,000, at 22,000.Ang paunang temperatura ng layer ng MG ay naayos sa 573 K at ang presyon ng paglo-load sa 1.8 MPa.Ang mga resulta sa fig.Ipinapakita ng 8c na ang paggamit ng mas mataas na numero ng Reynolds kasama ang SCHE ay nagreresulta sa mas mataas na rate ng uptake.Habang tumataas ang bilang ng Reynolds mula 10,000 hanggang 22,000, bumababa ang oras ng pagsipsip ng mga 28-50%.Ang oras ng pagsipsip sa isang Reynolds number na 22,000 ay 12,505 segundo, na mas mababa kaysa sa iba't ibang paunang temperatura at presyon ng paglo-load.Ang mga contour ng konsentrasyon ng hydrogen para sa iba't ibang numero ng Reynolds para sa GTP sa 12500 s ay ipinakita sa karagdagang seksyon.
Ang epekto ng SCHE sa paunang temperatura ng HTF ay sinusuri at ipinapakita sa Fig. 8d.Sa isang paunang temperatura ng MG na 573 K at isang presyon ng pag-load ng hydrogen na 1.8 MPa, apat na paunang temperatura ang napili para sa pagsusuring ito: 373 K, 473 K, 523 K, at 573 K. 8d ay nagpapakita na ang pagbaba sa temperatura ng coolant sa pumapasok ay humahantong sa isang pagbawas sa oras ng pagsipsip.Kung ikukumpara sa base case na may temperaturang pumapasok na 573 K, ang oras ng pagsipsip ay nabawasan ng humigit-kumulang 20%, 44% at 56% para sa mga temperatura ng pumapasok na 523 K, 473 K at 373 K, ayon sa pagkakabanggit.Sa 6917 s, ang paunang temperatura ng GTF ay 373 K, ang konsentrasyon ng hydrogen sa reaktor ay 90%.Ito ay maaaring ipaliwanag sa pamamagitan ng pinahusay na convective heat transfer sa pagitan ng MG layer at ng HCS.Ang mas mababang mga temperatura ng HTF ay magpapataas ng pag-aalis ng init at magreresulta sa pagtaas ng paggamit ng hydrogen.Sa lahat ng mga operating parameter, ang pagpapabuti ng pagganap ng MH-SCHE reactor sa pamamagitan ng pagtaas ng temperatura ng inlet ng HTF ay ang pinaka-angkop na pamamaraan, dahil ang oras ng pagtatapos ng proseso ng pagsipsip ay mas mababa sa 7000 s, habang ang pinakamaikling oras ng pagsipsip ng iba pang mga pamamaraan ay higit pa. higit sa 10000 s.Ang mga contour ng konsentrasyon ng hydrogen ay ipinakita para sa iba't ibang mga paunang temperatura ng GTP para sa 7000 s.
Ang pag-aaral na ito ay nagpapakita sa unang pagkakataon ng isang bagong semi-cylindrical coil heat exchanger na isinama sa isang metal hydride storage unit.Ang kakayahan ng iminungkahing sistema na sumipsip ng hydrogen ay sinisiyasat sa iba't ibang mga pagsasaayos ng heat exchanger.Ang impluwensya ng mga operating parameter sa pagpapalitan ng init sa pagitan ng metal hydride layer at ang coolant ay sinisiyasat upang mahanap ang pinakamainam na kondisyon para sa pag-iimbak ng metal hydride gamit ang isang bagong heat exchanger.Ang mga pangunahing natuklasan ng pag-aaral na ito ay buod tulad ng sumusunod:
Gamit ang isang semi-cylindrical coil heat exchanger, ang pagganap ng paglipat ng init ay napabuti dahil mayroon itong mas pare-parehong pamamahagi ng init sa reaktor ng layer ng magnesiyo, na nagreresulta sa isang mas mahusay na rate ng pagsipsip ng hydrogen.Sa kondisyon na ang dami ng heat exchange tube at metal hydride ay nananatiling hindi nagbabago, ang absorption reaction time ay makabuluhang nabawasan ng 59% kumpara sa isang conventional coiled coil heat exchanger.
Oras ng post: Ene-15-2023