Nature.com'u ziyaret ettiğiniz için teşekkür ederiz.Sınırlı CSS desteğine sahip bir tarayıcı sürümü kullanıyorsunuz.En iyi deneyim için güncellenmiş bir tarayıcı kullanmanızı (veya Internet Explorer'da Uyumluluk Modunu devre dışı bırakmanızı) öneririz.Ayrıca sürekli desteği sağlamak için siteyi stiller ve JavaScript olmadan gösteriyoruz.
Aynı anda üç slayttan oluşan bir atlıkarınca görüntüler.Aynı anda üç slaytta ilerlemek için Önceki ve Sonraki düğmelerini kullanın veya aynı anda üç slaytta ilerlemek için sondaki kaydırma düğmelerini kullanın.
Metal hidrürler (MH), geniş hidrojen depolama kapasiteleri, düşük çalışma basıncı ve yüksek güvenlikleri nedeniyle hidrojen depolama için en uygun malzeme gruplarından biri olarak kabul edilmektedir.Bununla birlikte, yavaş hidrojen alım kinetikleri, depolama performansını büyük ölçüde azaltır.MH deposundan daha hızlı ısı uzaklaştırılması, hidrojen alım oranının arttırılmasında önemli bir rol oynayabilir ve bu da depolama performansının artmasına neden olabilir.Bu bağlamda, bu çalışma, MH depolama sisteminin hidrojen alım oranını olumlu yönde etkilemek için ısı transfer özelliklerinin iyileştirilmesini amaçlamıştır.Yeni yarı silindirik bobin ilk olarak hidrojen depolama için geliştirildi ve optimize edildi ve dahili bir ısı değiştirici (HTF) olarak dahil edildi.Farklı hatve boyutlarına dayalı olarak, yeni ısı eşanjörü konfigürasyonunun etkisi analiz edilmiş ve geleneksel helisel bobin geometrisi ile karşılaştırılmıştır.Ek olarak, MG ve GTP'nin depolanmasına ilişkin çalışma parametreleri, optimal değerlerin elde edilmesi için sayısal olarak incelenmiştir.Sayısal simülasyon için ANSYS Fluent 2020 R2 kullanılmıştır.Bu çalışmanın sonuçları, bir MH depolama tankının performansının, yarı silindirik bobinli ısı değiştirici (SCHE) kullanılarak önemli ölçüde artırılabileceğini göstermektedir.Geleneksel spiral bobinli ısı eşanjörleriyle karşılaştırıldığında hidrojen emilim süresi %59 oranında azalır.SCHE bobinleri arasındaki en küçük mesafe, emme süresinde %61'lik bir azalmaya neden oldu.SHE kullanan MG depolamanın çalışma parametreleriyle ilgili olarak, seçilen tüm parametreler hidrojen emilim sürecinde, özellikle de HTS'ye girişteki sıcaklıkta önemli bir iyileşmeye yol açtı.
Fosil yakıtlara dayalı enerjiden yenilenebilir enerjiye küresel bir geçiş yaşanıyor.Birçok yenilenebilir enerji türü dinamik bir şekilde güç sağladığından, yükü dengelemek için enerji depolaması gereklidir.Hidrojen bazlı enerji depolama, özellikle hidrojenin özellikleri ve taşınabilirliği nedeniyle “yeşil” bir alternatif yakıt ve enerji taşıyıcısı olarak kullanılabilmesi nedeniyle bu amaç için büyük ilgi görmüştür.Ayrıca hidrojen, fosil yakıtlarla karşılaştırıldığında birim kütle başına daha yüksek enerji içeriğine de sahiptir2.Dört ana hidrojen enerji depolama türü vardır: sıkıştırılmış gaz depolama, yer altı depolama, sıvı depolama ve katı depolama.Sıkıştırılmış hidrojen, otobüs ve forklift gibi yakıt hücreli araçlarda kullanılan ana türdür.Bununla birlikte, bu depolama, hidrojenin düşük yığın yoğunluğunu (yaklaşık 0,089 kg/m3) sağlar ve yüksek çalışma basıncı3 ile ilişkili güvenlik sorunlarına sahiptir.Düşük ortam sıcaklığı ve basıncında bir dönüşüm sürecine dayanan sıvı depolama, hidrojeni sıvı formda depolayacak.Ancak sıvılaştırıldığında enerjinin yaklaşık %40'ı kaybolur.Ayrıca bu teknolojinin katı hal depolama teknolojilerine göre daha fazla enerji ve emek yoğun olduğu bilinmektedir4.Katı depolama, hidrojeni emme yoluyla katı malzemelere dahil ederek ve desorpsiyon yoluyla hidrojeni serbest bırakarak hidrojeni depolayan hidrojen ekonomisi için uygun bir seçenektir.Katı malzeme depolama teknolojisi olan metal hidrit (MH), yüksek hidrojen kapasitesi, düşük çalışma basıncı ve sıvı depolamaya göre düşük maliyeti nedeniyle yakıt hücresi uygulamalarında son dönemde ilgi odağı olup, sabit ve mobil uygulamalara uygundur6,7 Ayrıca, MH malzemeleri aynı zamanda büyük kapasitenin verimli şekilde depolanması gibi güvenlik özellikleri de sağlar8.Ancak MG'nin verimliliğini sınırlayan bir sorun var: MG reaktörünün düşük termal iletkenliği, hidrojenin yavaş emilmesine ve desorpsiyonuna yol açıyor.
Ekzotermik ve endotermik reaksiyonlar sırasında uygun ısı transferi, MH reaktörlerinin performansını artırmanın anahtarıdır.Hidrojen yükleme işleminde, hidrojen yükleme akışının maksimum depolama kapasitesiyle istenilen oranda kontrol edilebilmesi için üretilen ısının reaktörden uzaklaştırılması gerekir.Bunun yerine, deşarj sırasında hidrojen oluşum hızını arttırmak için ısıya ihtiyaç vardır.Isı ve kütle transfer performansını iyileştirmek için birçok araştırmacı, çalışma parametreleri, MG yapısı ve MG11 optimizasyonu gibi birçok faktöre dayalı olarak tasarım ve optimizasyon üzerinde çalışmıştır.MG optimizasyonu, MG katmanlarına (12,13) köpük metaller gibi yüksek ısı iletkenliğine sahip malzemeler eklenerek yapılabilir.Böylece etkin ısı iletkenliği 0,1'den 2 W/mK10'a yükseltilebilir.Ancak katı malzemelerin eklenmesi MN reaktörünün gücünü önemli ölçüde azaltır.Çalışma parametreleriyle ilgili olarak, MG katmanının ve soğutucunun (HTF) başlangıç çalışma koşulları optimize edilerek iyileştirmeler yapılabilir.MG'nin yapısı, reaktörün geometrisi ve ısı eşanjörünün tasarımı nedeniyle optimize edilebilir.MH reaktör ısı değiştiricisinin konfigürasyonuna ilişkin yöntemler iki türe ayrılabilir.Bunlar, MO katmanına yerleştirilmiş dahili ısı eşanjörleri ve kanatçıklar, soğutma ceketleri ve su banyoları gibi MO katmanını kaplayan harici ısı eşanjörleridir.Harici ısı değiştiriciyle ilgili olarak Kaplan16, reaktör içindeki sıcaklığı azaltmak için soğutma suyunu ceket olarak kullanarak MH reaktörünün çalışmasını analiz etti.Sonuçlar 22 yuvarlak kanatlı bir reaktör ve doğal konveksiyonla soğutulan başka bir reaktörle karşılaştırıldı.Bir soğutma ceketinin varlığının MH'nin sıcaklığını önemli ölçüde azalttığını, dolayısıyla emme oranının arttığını belirtmektedirler.Patil ve Gopal17 tarafından su ceketli MH reaktörü üzerinde yapılan sayısal çalışmalar, hidrojen besleme basıncı ve HTF sıcaklığının, hidrojen alımı ve desorpsiyon hızını etkileyen anahtar parametreler olduğunu göstermiştir.
MH'ye yerleşik kanatçıklar ve ısı eşanjörleri ekleyerek ısı transfer alanını arttırmak, MH18'in ısı ve kütle transfer performansını ve dolayısıyla depolama performansını iyileştirmenin anahtarıdır.MH19,20,21,22,23,24,25,26 reaktöründeki soğutucuyu sirküle etmek için çeşitli dahili ısı eşanjörü konfigürasyonları (düz boru ve spiral bobin) tasarlanmıştır.Dahili bir ısı eşanjörü kullanılarak, soğutma veya ısıtma sıvısı, hidrojen adsorpsiyon işlemi sırasında MH reaktörünün içindeki yerel ısıyı aktaracaktır.Raju ve Kumar [27] MG'nin performansını artırmak için ısı değiştirici olarak birkaç düz boru kullandılar.Sonuçlar, ısı değiştirici olarak düz borular kullanıldığında emme sürelerinin azaldığını gösterdi.Ayrıca düz tüplerin kullanılması hidrojen desorpsiyon süresini kısaltır28.Daha yüksek soğutucu akış hızları, hidrojenin şarj ve deşarj hızını artırır29.Ancak soğutma tüplerinin sayısının arttırılması, soğutucu akış hızından ziyade MH performansı üzerinde olumlu bir etkiye sahiptir30,31.Raju ve arkadaşları32, reaktörlerdeki çok borulu ısı değiştiricilerin performansını incelemek için LaMi4.7Al0.3'ü MH malzemesi olarak kullandılar.Çalışma parametrelerinin, özellikle besleme basıncı ve ardından HTF'nin akış hızı olmak üzere absorpsiyon süreci üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğunu bildirdiler.Ancak soğurma sıcaklığının daha az kritik olduğu ortaya çıktı.
MH reaktörünün performansı, düz borulara kıyasla daha iyi ısı transferi nedeniyle spiral bobinli ısı değiştiricinin kullanılmasıyla daha da geliştirilir.Bunun nedeni, ikincil çevrimin reaktördeki ısıyı daha iyi uzaklaştırabilmesidir25.Ayrıca spiral borular, MH katmanından soğutucuya ısı transferi için geniş bir yüzey alanı sağlar.Bu yöntem reaktörün içine uygulandığında, ısı değişim borularının dağıtımı da daha düzgün olur33.Wang ve diğerleri.34, bir MH reaktörüne sarmal bir bobin ekleyerek hidrojen alım süresinin etkisini inceledi.Sonuçlar, soğutucunun ısı transfer katsayısı arttıkça emme süresinin azaldığını göstermektedir.Wu ve diğerleri.25, Mg2Ni bazlı MH reaktörlerinin ve sarmal bobinli ısı değiştiricilerin performansını araştırdı.Sayısal çalışmaları reaksiyon süresinde bir azalma olduğunu göstermiştir.MN reaktöründeki ısı transfer mekanizmasının iyileştirilmesi, vida adımının vida adımına daha küçük bir oranına ve boyutsuz bir vida adımına dayanmaktadır.Mellouli ve ark.21 tarafından dahili ısı eşanjörü olarak sargılı bir bobin kullanan deneysel bir çalışma, HTF başlangıç sıcaklığının hidrojen alımını ve desorpsiyon süresini iyileştirmede önemli bir etkiye sahip olduğunu gösterdi.Farklı iç ısı değiştiricilerin kombinasyonları birçok çalışmada gerçekleştirilmiştir.Eisapur ve ark.35, hidrojen emilim sürecini iyileştirmek için merkezi bir geri dönüş borusuna sahip spiral bobinli bir ısı eşanjörü kullanarak hidrojen depolamayı inceledi.Sonuçlar, spiral borunun ve merkezi dönüş borusunun, soğutucu ile MG arasındaki ısı transferini önemli ölçüde iyileştirdiğini gösterdi.Spiral borunun daha küçük adımı ve daha büyük çapı, ısı ve kütle aktarım hızını artırır.Ardahaie ve ark.36, reaktör içindeki ısı transferini iyileştirmek için ısı eşanjörü olarak düz spiral borular kullandı.Düzleştirilmiş spiral tüp düzlemlerinin sayısının arttırılmasıyla emilim süresinin azaldığını bildirmişlerdir.Farklı iç ısı değiştiricilerin kombinasyonları birçok çalışmada gerçekleştirilmiştir.Dhau ve diğerleri.37, sarmal bobinli bir ısı eşanjörü ve kanatçıklar kullanarak MH'nin performansını iyileştirdi.Elde edilen sonuçlar, bu yöntemin hidrojen dolum süresini kanatsız duruma kıyasla 2 kat azalttığını gösteriyor.Halka şeklindeki kanatçıklar soğutma tüpleriyle birleştirilir ve MN reaktörüne yerleştirilir.Bu çalışmanın sonuçları, bu kombine yöntemin kanatsız MH reaktörüne kıyasla daha düzgün ısı transferi sağladığını göstermektedir.Ancak farklı ısı değiştiricilerin birleştirilmesi MH reaktörünün ağırlığını ve hacmini olumsuz etkileyecektir.Wu ve ark.18 farklı ısı değiştirici konfigürasyonlarını karşılaştırmıştır.Bunlara düz borular, kanatçıklar ve spiral bobinler dahildir.Yazarlar, spiral bobinlerin ısı ve kütle transferinde en iyi gelişmeleri sağladığını bildirmektedir.Ek olarak, düz borular, sarmal borular ve sarmal borularla birleştirilmiş düz borularla karşılaştırıldığında, çift bobinler ısı transferini iyileştirmede daha iyi bir etkiye sahiptir.Sekhar ve ark.Şekil 40, hidrojen alımında benzer bir iyileşmenin, dahili ısı eşanjörü olarak bir spiral bobin ve kanatlı bir harici soğutma ceketi kullanılarak elde edildiğini göstermiştir.
Yukarıda bahsedilen örneklerden, spiral bobinlerin dahili ısı eşanjörleri olarak kullanılması, diğer ısı eşanjörlerine, özellikle de düz borulara ve kanatçıklara göre daha iyi ısı ve kütle transfer iyileştirmeleri sağlar.Bu nedenle bu çalışmanın amacı, ısı transfer performansını artırmak için spiral bobini daha da geliştirmektir.İlk defa, geleneksel MH depolama helisel bobinine dayalı yeni bir yarı silindirik bobin geliştirildi.Bu çalışmanın, sabit hacimli MH yatağı ve HTF tüpleri tarafından sağlanan daha iyi bir ısı transfer bölgesi düzenine sahip yeni bir ısı değiştirici tasarımı dikkate alınarak hidrojen depolama performansını iyileştirmesi beklenmektedir.Daha sonra bu yeni ısı değiştiricinin depolama performansı, farklı bobin hatvelerine dayalı geleneksel spiral bobinli ısı değiştiricilerle karşılaştırıldı.Mevcut literatüre göre çalışma koşulları ve bobin aralıkları MH reaktörlerinin performansını etkileyen ana faktörlerdir.Bu yeni ısı değiştiricinin tasarımını optimize etmek için bobin aralığının hidrojen alım süresi ve MH hacmi üzerindeki etkisi araştırıldı.Ayrıca yeni yarı silindirik bobinler ile çalışma koşulları arasındaki ilişkiyi anlamak için bu çalışmanın ikincil amacı, reaktörün özelliklerini farklı çalışma parametre aralıklarına göre incelemek ve her çalışma için uygun değerleri belirlemektir. modu.parametre.
Bu çalışmada hidrojen enerji depolama cihazının performansı, iki ısı değiştirici konfigürasyonuna (1 ila 3. durumlarda spiral borular ve 4 ila 6. durumlarda yarı silindirik borular dahil) ve çalışma parametrelerinin hassasiyet analizine dayanarak araştırılmıştır.MH reaktörünün çalışabilirliği, ısı değiştirici olarak spiral bir boru kullanılarak ilk kez test edildi.Hem soğutucu yağ borusu hem de MH reaktör kabı paslanmaz çelikten yapılmıştır.MG reaktörünün boyutları ve GTF borularının çapının her durumda sabit olduğu, GTF'nin adım boyutlarının ise değiştiği unutulmamalıdır.Bu bölümde HTF bobinlerinin adım boyutunun etkisi analiz edilmektedir.Reaktörün yüksekliği ve dış çapı sırasıyla 110 mm ve 156 mm idi.Isı ileten yağ borusunun çapı 6 mm olarak ayarlanmıştır.Spiral borulu ve iki yarı silindirik borulu MH reaktör devre şemasıyla ilgili ayrıntılar için Ek Bölüme bakın.
Şek.Şekil 1a, MH spiral tüp reaktörünü ve boyutlarını göstermektedir.Tüm geometrik parametreler tabloda verilmiştir.1. Helezonun toplam hacmi ve ZG'nin hacmi sırasıyla yaklaşık 100 cm3 ve 2000 cm3'tür.Bu MH reaktöründen, HTF formundaki hava, gözenekli MH reaktörüne spiral bir tüp aracılığıyla alttan beslendi ve hidrojen, reaktörün üst yüzeyinden verildi.
Metal hidrit reaktörleri için seçilen geometrilerin karakterizasyonu.a) spiral borulu bir ısı değiştiriciyle, b) yarı silindirik borulu bir ısı değiştiriciyle.
İkinci bölümde yarı silindirik bir boruya dayanan MH reaktörünün ısı değiştirici olarak çalışması incelenmektedir.Şek.Şekil 1b, iki yarı silindirik boruya sahip MN reaktörünü ve boyutlarını göstermektedir.Tablo 1, yarı silindirik boruların aralarındaki mesafe hariç sabit kalan tüm geometrik parametrelerini listelemektedir.Durum 4'teki yarı silindirik tüpün, sarmal tüp içinde sabit hacimde HTF tüpü ve MH alaşımı ile tasarlandığı belirtilmelidir (seçenek 3).Şek.Şekil lb'de, hava ayrıca iki yarı silindirik HTF tüpünün tabanından ve hidrojen de MH reaktörünün ters yönünden verildi.
Isı değiştiricinin yeni tasarımı nedeniyle bu bölümün amacı, MH reaktörünün SCHE ile kombinasyon halinde çalışma parametreleri için uygun başlangıç değerlerinin belirlenmesidir.Her durumda, reaktörden ısıyı uzaklaştırmak için soğutucu olarak hava kullanıldı.Isı transfer yağları arasında, düşük maliyetleri ve düşük çevresel etkileri nedeniyle MH reaktörlerinde ısı transfer yağları olarak genellikle hava ve su tercih edilmektedir.Magnezyum bazlı alaşımların çalışma sıcaklığı aralığının yüksek olması nedeniyle bu çalışmada soğutucu olarak hava seçilmiştir.Ayrıca diğer sıvı metallere ve erimiş tuzlara göre daha iyi akış özelliklerine sahiptir41.Tablo 2, 573 K'deki havanın özelliklerini listelemektedir. Bu bölümdeki hassasiyet analizi için, MH-SCHE performans seçeneklerinin yalnızca en iyi konfigürasyonları (4'ten 6'ya kadar olan durumlarda) uygulanır.Bu bölümdeki tahminler, MH reaktörünün başlangıç sıcaklığı, hidrojen yükleme basıncı, HTF giriş sıcaklığı ve HTF oranının değiştirilmesiyle hesaplanan Reynolds sayısı dahil olmak üzere çeşitli çalışma parametrelerine dayanmaktadır.Tablo 3 duyarlılık analizi için kullanılan tüm çalışma parametrelerini içerir.
Bu bölümde hidrojen emilimi, türbülans ve soğutucuların ısı transferi prosesi için gerekli tüm kontrol denklemleri açıklanmaktadır.
Hidrojen alım reaksiyonunun çözümünü basitleştirmek için aşağıdaki varsayımlar yapılmış ve sağlanmıştır;
Absorbsiyon sırasında hidrojen ve metal hidritlerin termofiziksel özellikleri sabittir.
Hidrojen ideal bir gaz olarak kabul edilir, dolayısıyla yerel termal denge koşulları43,44 dikkate alınır.
burada \({L_{gaz}\) tankın yarıçapıdır ve \({L_{ısı}\) tankın eksenel yüksekliğidir.N 0,0146'dan küçük olduğunda, tanktaki hidrojen akışı simülasyonda önemli bir hata olmadan göz ardı edilebilir.Mevcut araştırmalara göre N, 0,1'den çok daha düşük.Bu nedenle basınç gradyanı etkisi ihmal edilebilir.
Reaktör duvarları her durumda iyi bir şekilde yalıtılmıştır.Bu nedenle reaktör ile çevre arasında herhangi bir ısı değişimi (47) yoktur.
Mg bazlı alaşımların iyi hidrojenasyon özelliklerine ve ağırlıkça %7,6'ya kadar yüksek hidrojen depolama kapasitesine sahip olduğu iyi bilinmektedir8.Katı hal hidrojen depolama uygulamaları açısından bu alaşımlar hafif malzemeler olarak da bilinmektedir.Ayrıca mükemmel ısı direncine ve iyi işlenebilirliğe sahiptirler8.Çeşitli Mg bazlı alaşımlar arasında Mg2Ni bazlı MgNi alaşımı, ağırlıkça %6'ya kadar hidrojen depolama kapasitesi nedeniyle MH depolama için en uygun seçeneklerden biridir.Mg2Ni alaşımları ayrıca MgH48 alaşımına kıyasla daha hızlı adsorpsiyon ve desorpsiyon kinetiği sağlar.Bu nedenle bu çalışmada metal hidrit malzemesi olarak Mg2Ni seçilmiştir.
Enerji denklemi, hidrojen ve Mg2Ni hidrit arasındaki ısı dengesine göre 25 olarak ifade edilir:
X, metal yüzeyinde emilen hidrojen miktarıdır; birimi \(ağırlık\%\) olup, emilim sırasında \(\frac{dX}{dt}\) kinetik denkleminden aşağıdaki şekilde hesaplanır49:
burada \({C_{a}\) reaksiyon hızı ve \({E_{a}\) aktivasyon enerjisidir.\({P_{a,eq}\), van't Hoff denklemi ile aşağıdaki şekilde verilen, absorpsiyon işlemi sırasında metal hidrit reaktörü içindeki denge basıncıdır25:
Burada \({P__{ref}\) 0,1 MPa'lık referans basıncıdır.\(\Delta H\) ve \(\Delta S\) sırasıyla reaksiyonun entalpisi ve entropisidir.Mg2Ni ve hidrojen alaşımlarının özellikleri tabloda sunulmaktadır.4. Adlandırılmış listeyi ek bölümde bulabilirsiniz.
Akışkan akışı türbülanslı kabul edilir çünkü hızı ve Reynolds sayısı (Re) sırasıyla 78,75 ms-1 ve 14000'dir.Bu çalışmada ulaşılabilir bir k-ε türbülans modeli seçilmiştir.Bu yöntemin diğer k-ε yöntemlerine göre daha yüksek doğruluk sağladığı ve ayrıca RNG k-ε50,51 yöntemlerine göre daha az hesaplama süresi gerektirdiği belirtilmektedir.Isı transfer akışkanlarına ilişkin temel denklemlerle ilgili ayrıntılar için Ek Bölüme bakın.
Başlangıçta, MN reaktöründeki sıcaklık rejimi tekdüzeydi ve ortalama hidrojen konsantrasyonu 0,043 idi.MH reaktörünün dış sınırının iyi yalıtıldığı varsayılmaktadır.Magnezyum bazlı alaşımlar, reaktörde hidrojeni depolamak ve serbest bırakmak için tipik olarak yüksek reaksiyon çalışma sıcaklıkları gerektirir.Mg2Ni alaşımı, maksimum emilim için 523–603 K sıcaklık aralığına ve tam desorpsiyon için 573–603 K sıcaklık aralığına ihtiyaç duyar52.Ancak Muthukumar ve ark.53 tarafından yapılan deneysel çalışmalar, Mg2Ni'nin hidrojen depolaması için maksimum depolama kapasitesine, teorik kapasitesine karşılık gelen 573 K çalışma sıcaklığında ulaşılabileceğini göstermiştir.Bu nedenle bu çalışmada MN reaktörünün başlangıç sıcaklığı olarak 573 K sıcaklık seçilmiştir.
Doğrulama ve güvenilir sonuçlar için farklı ızgara boyutları oluşturun.Şek.Şekil 2, dört farklı elementten hidrojen absorpsiyon prosesinde seçilen konumlardaki ortalama sıcaklığı göstermektedir.Benzer geometri nedeniyle ızgara bağımsızlığını test etmek için her konfigürasyondan yalnızca bir durumun seçildiğini belirtmekte fayda var.Diğer durumlarda aynı meshleme yöntemi uygulanır.Bu nedenle spiral boru için 1. seçeneği, yarı silindirik boru için ise 4. seçeneği seçin.Şek.Şekil 2a, b sırasıyla seçenek 1 ve 4 için reaktördeki ortalama sıcaklığı göstermektedir.Seçilen üç konum, reaktörün üst, orta ve alt kısmındaki yatak sıcaklığı konturlarını temsil eder.Seçilen lokasyonlardaki sıcaklık konturlarına bağlı olarak, ortalama sıcaklık sabit hale gelir ve durum 1 ve 4 için sırasıyla 428,891 ve 430,599 numaralı eleman sayılarında çok az değişiklik gösterir.Bu nedenle, bu ızgara boyutları ilerideki hesaplama hesaplamaları için seçilmiştir.Çeşitli hücre boyutları için hidrojen absorpsiyon prosesi için ortalama yatak sıcaklığı ve her iki durum için ardışık olarak rafine edilmiş ağlar hakkında detaylı bilgi ek bölümde verilmektedir.
Farklı ızgara sayılarına sahip bir metal hidrit reaktöründe hidrojen absorpsiyon prosesinde seçilen noktalardaki ortalama yatak sıcaklığı.(a) Durum 1 için seçilen konumlardaki ortalama sıcaklık ve (b) Durum 4 için seçilen konumlardaki ortalama sıcaklık.
Bu çalışmadaki Mg bazlı metal hidrit reaktörü Muthukumar ve ark.53'ün deneysel sonuçlarına göre test edilmiştir.Çalışmalarında hidrojeni paslanmaz çelik borularda depolamak için Mg2Ni alaşımı kullandılar.Reaktör içindeki ısı transferini iyileştirmek için bakır kanatçıklar kullanılır.Şek.Şekil 3a, deneysel çalışma ile bu çalışma arasındaki absorpsiyon proses yatağının ortalama sıcaklığının bir karşılaştırmasını göstermektedir.Bu deney için seçilen çalışma koşulları şöyledir: MG başlangıç sıcaklığı 573 K ve giriş basıncı 2 MPa.Şek.Şekil 3a'da bu deneysel sonucun, ortalama katman sıcaklığına göre mevcut sonuçla iyi bir uyum içinde olduğu açıkça gösterilebilir.
Model doğrulama.(a) Mevcut çalışmayı Muthukumar ve arkadaşlarının52 deneysel çalışmasıyla karşılaştırarak Mg2Ni metal hidrit reaktörünün kod doğrulaması ve (b) mevcut çalışmayı Kumar ve arkadaşlarınınkiyle karşılaştırarak spiral tüp türbülanslı akış modelinin doğrulanması .Araştırma.54.
Türbülans modelini test etmek için bu çalışmanın sonuçları, seçilen türbülans modelinin doğruluğunu teyit etmek amacıyla Kumar ve ark.54'ün deneysel sonuçlarıyla karşılaştırıldı.Kumar ve ark.54 boru içinde boru spiral ısı değiştiricide türbülanslı akışı incelediler.Su, karşıt taraflardan enjekte edilen sıcak ve soğuk akışkan olarak kullanılır.Sıcak ve soğuk sıvı sıcaklıkları sırasıyla 323 K ve 300 K'dır.Reynolds sayıları sıcak sıvılar için 3100 ila 5700, soğuk sıvılar için 21.000 ila 35.000 arasında değişir.Dean sayıları sıcak sıvılar için 550-1000, soğuk sıvılar için 3600-6000'dir.İç borunun (sıcak sıvı için) ve dış borunun (soğuk sıvı için) çapları sırasıyla 0,0254 m ve 0,0508 m'dir.Helisel bobinin çapı ve adımı sırasıyla 0,762 m ve 0,100 m'dir.Şek.Şekil 3b, iç borudaki soğutucu için çeşitli Nusselt ve Dean sayıları çiftleri için deneysel ve mevcut sonuçların bir karşılaştırmasını göstermektedir.Üç farklı türbülans modeli uygulandı ve deneysel sonuçlarla karşılaştırıldı.Şekil 2'de gösterildiği gibi.Şekil 3b'de ulaşılabilir k-ε türbülans modelinin sonuçları deneysel verilerle iyi bir uyum içindedir.Bu nedenle bu çalışmada bu model seçilmiştir.
Bu çalışmadaki sayısal simülasyonlar ANSYS Fluent 2020 R2 kullanılarak yapılmıştır.Bir Kullanıcı Tanımlı Fonksiyon (UDF) yazın ve bunu soğurma sürecinin kinetiğini hesaplamak için enerji denkleminin giriş terimi olarak kullanın.PRESTO55 devresi ve PISO56 yöntemi, basınç-hız iletişimi ve basınç düzeltmesi için kullanılır.Değişken gradyan için bir Greene-Gauss hücre tabanı seçin.Momentum ve enerji denklemleri ikinci dereceden rüzgara karşı yöntemle çözülür.Az gevşeme katsayılarına ilişkin olarak basınç, hız ve enerji bileşenleri sırasıyla 0,5, 0,7 ve 0,7'ye ayarlanmıştır.Türbülans modelinde standart duvar fonksiyonları HTF'ye uygulanır.
Bu bölümde, hidrojen emilimi sırasında sarmal bobinli ısı değiştirici (HCHE) ve sarmal bobinli ısı değiştirici (SCHE) kullanan bir MH reaktörünün geliştirilmiş iç ısı transferine ilişkin sayısal simülasyonların sonuçları sunulmaktadır.HTF ziftinin reaktör yatağının sıcaklığı ve emilim süresi üzerindeki etkisi analiz edildi.Emilim sürecinin ana çalışma parametreleri incelenmiş ve duyarlılık analizi bölümünde sunulmuştur.
Bir MH reaktöründe bobin aralığının ısı transferi üzerindeki etkisini araştırmak için farklı hatvelere sahip üç ısı değiştirici konfigürasyonu incelenmiştir.15 mm, 12,86 mm ve 10 mm'lik üç farklı aralık sırasıyla gövde 1, gövde 2 ve gövde 3 olarak belirlenmiştir.Her durumda boru çapının 573 K başlangıç sıcaklığında ve 1,8 MPa yükleme basıncında 6 mm'de sabitlendiğine dikkat edilmelidir.Şek.Şekil 4, durum 1 ila 3'teki hidrojen emme işlemi sırasında MH katmanındaki ortalama yatak sıcaklığını ve hidrojen konsantrasyonunu gösterir. Tipik olarak, metal hidrit ile hidrojen arasındaki reaksiyon, emme işlemine göre ekzotermiktir.Bu nedenle, hidrojenin reaktöre ilk kez verildiği ilk andan dolayı yatağın sıcaklığı hızla yükselir.Yatak sıcaklığı maksimum değere ulaşana kadar artar ve daha sonra ısı, daha düşük sıcaklığa sahip olan ve soğutucu görevi gören soğutucu tarafından taşındıkça yavaş yavaş azalır.Şekil 2'de gösterildiği gibi.Şekil 4a'da daha önceki açıklamaya bağlı olarak katmanın sıcaklığı hızla artmakta ve sürekli olarak azalmaktadır.Absorbsiyon işlemi için hidrojen konsantrasyonu genellikle MH reaktörünün yatak sıcaklığına bağlıdır.Ortalama katman sıcaklığı belirli bir sıcaklığa düştüğünde metal yüzey hidrojeni emer.Bunun nedeni, fizikosorpsiyon, kemisorpsiyon, hidrojen difüzyonu ve reaktörde hidritlerinin oluşumu işlemlerinin hızlanmasından kaynaklanmaktadır.Şek.Şekil 4b'de, bobin ısı değiştiricisinin adım değerinin daha küçük olması nedeniyle durum 3'teki hidrojen emilim oranının diğer durumlara göre daha düşük olduğu görülebilir.Bu, daha uzun bir toplam boru uzunluğuna ve HTF boruları için daha büyük bir ısı transfer alanına neden olur.Ortalama %90 hidrojen konsantrasyonuyla Durum 1'in emilim süresi 46.276 saniyedir.Durum 1'deki emilim süresiyle karşılaştırıldığında, durum 2 ve 3'teki emilim süresi sırasıyla 724 s ve 1263 s azaldı.Ek bölüm, HCHE-MH katmanında seçilen konumlar için sıcaklık ve hidrojen konsantrasyonu konturlarını sunar.
Bobinler arasındaki mesafenin ortalama katman sıcaklığına ve hidrojen konsantrasyonuna etkisi.(a) Helisel bobinler için ortalama yatak sıcaklığı, (b) helisel bobinler için hidrojen konsantrasyonu, (c) yarı silindirik bobinler için ortalama yatak sıcaklığı ve (d) yarı silindirik bobinler için hidrojen konsantrasyonu.
MG reaktörünün ısı transfer özelliklerini geliştirmek için, MG'nin sabit hacmi (2000 cm3) için iki HFC ve Seçenek 3'ün spiral ısı değiştiricisi (100 cm3) tasarlandı. Bu bölüm aynı zamanda reaktörler arasındaki mesafenin etkisini de dikkate almaktadır. durum 4 için 15 mm, durum 5 için 12,86 mm ve durum 6 için 10 mm'lik bobinler. Şek.Şekil 4c,d, 573 K başlangıç sıcaklığında ve 1,8 MPa yükleme basıncında ortalama yatak sıcaklığını ve hidrojen emme prosesinin konsantrasyonunu gösterir.Şekil 4c'deki ortalama katman sıcaklığına göre, durum 6'da bobinler arasındaki mesafenin daha küçük olması, diğer iki duruma göre sıcaklığı önemli ölçüde azaltmaktadır.Durum 6 için, daha düşük bir yatak sıcaklığı daha yüksek bir hidrojen konsantrasyonuyla sonuçlanır (bkz. Şekil 4d).Varyant 4 için hidrojen alım süresi 19542 saniyedir; bu, HCH kullanan Varyant 1-3'e göre 2 kattan daha düşüktür.Ayrıca durum 4 ile karşılaştırıldığında soğurma süresi de daha kısa mesafelerle durum 5 ve 6'da 378 s ve 1515 s azalmıştır.Ek bölüm, SCHE-MH katmanında seçilen konumlar için sıcaklık ve hidrojen konsantrasyonu konturlarını sunar.
İki ısı eşanjörü konfigürasyonunun performansını incelemek için bu bölümde seçilen üç konumdaki sıcaklık eğrileri çizilir ve sunulur.Durum 3'teki HCHE'li MH reaktörü, sabit bir MH hacmine ve boru hacmine sahip olduğundan durum 4'teki SCHE içeren MH reaktörüyle karşılaştırmak için seçildi.Bu karşılaştırma için çalışma koşulları, 573 K'lik bir başlangıç sıcaklığı ve 1,8 MPa'lık bir yükleme basıncıydı.Şek.Şekil 5a ve 5b, sırasıyla durum 3 ve 4'teki sıcaklık profillerinin seçilen üç konumunu göstermektedir.Şek.Şekil 5c, 20.000 saniyelik hidrojen alımından sonraki sıcaklık profilini ve katman konsantrasyonunu göstermektedir.Şekil 5c'deki satır 1'e göre, seçenek 3 ve 4'teki TTF çevresindeki sıcaklık, soğutucunun konvektif ısı transferi nedeniyle azalır.Bu, bu alanın çevresinde daha yüksek bir hidrojen konsantrasyonuna neden olur.Ancak iki SCHE'nin kullanılması daha yüksek bir katman konsantrasyonuna neden olur.Durum 4'te HTF bölgesi çevresinde daha hızlı kinetik tepkiler bulunmuştur. Ayrıca bu bölgede de maksimum %100 konsantrasyon bulunmuştur.Reaktörün ortasında bulunan hat 2'den, reaktörün merkezi hariç tüm yerlerde durum 4'ün sıcaklığı durum 3'ün sıcaklığından önemli ölçüde daha düşüktür.Bu, reaktörün merkezine yakın, HTF'den uzaktaki bölge hariç, durum 4 için maksimum hidrojen konsantrasyonuyla sonuçlanır.Ancak vaka 3'ün konsantrasyonu pek değişmedi.GTS girişine yakın 3. hatta, katmanın sıcaklığı ve konsantrasyonunda büyük bir fark gözlendi.Durum 4'teki katmanın sıcaklığı önemli ölçüde azaldı, bu da bu bölgede en yüksek hidrojen konsantrasyonuna neden oldu; durum 3'teki konsantrasyon çizgisi ise hala dalgalanıyordu.Bunun nedeni SCHE ısı transferinin hızlanmasıdır.Durum 3 ile durum 4 arasında MH katmanı ve HTF borusunun ortalama sıcaklığının karşılaştırılmasına ilişkin ayrıntılar ve tartışma ek bölümde verilmektedir.
Metal hidrit reaktöründe seçilen konumlardaki sıcaklık profili ve yatak konsantrasyonu.(a) Durum 3 için seçilen konumlar, (b) Durum 4 için seçilen konumlar ve (c) Durum 3 ve 4'teki hidrojen alım işlemi için 20.000 s sonra seçilen konumlardaki sıcaklık profili ve katman konsantrasyonu.
Şek.Şekil 6, HCH ve SHE'nin emilmesi için ortalama yatak sıcaklığının (bkz. Şekil 6a) ve hidrojen konsantrasyonunun (bkz. Şekil 6b) karşılaştırmasını gösterir.Bu şekilden, ısı değişim alanındaki artışa bağlı olarak MG katmanının sıcaklığının önemli ölçüde azaldığı görülmektedir.Reaktörden daha fazla ısının uzaklaştırılması, daha yüksek bir hidrojen alım oranıyla sonuçlanır.İki ısı eşanjörü konfigürasyonu, HCHE'nin Seçenek 3 olarak kullanılmasıyla karşılaştırıldığında aynı hacimlere sahip olmasına rağmen, SCHE'nin Seçenek 4'e dayalı hidrojen alım süresi %59 oranında önemli ölçüde azaldı.Daha ayrıntılı bir analiz için, iki ısı eşanjörü konfigürasyonu için hidrojen konsantrasyonları Şekil 7'de izolinler olarak gösterilmektedir. Bu şekil, her iki durumda da hidrojenin HTF girişi çevresinde aşağıdan emilmeye başladığını göstermektedir.HTF bölgesinde daha yüksek konsantrasyonlar bulunurken, ısı değiştiriciden uzaklığı nedeniyle MH reaktörünün merkezinde daha düşük konsantrasyonlar gözlendi.10.000 saniye sonra, durum 4'teki hidrojen konsantrasyonu, durum 3'tekinden önemli ölçüde daha yüksektir. 20.000 saniye sonra, reaktördeki ortalama hidrojen konsantrasyonu, durum 3'teki %50 hidrojene kıyasla durum 4'te %90'a yükselmiştir. Bunun nedeni olabilir. iki SCHE'nin birleştirilmesiyle daha yüksek etkili soğutma kapasitesi sağlanarak MH katmanının içinde daha düşük bir sıcaklık elde edilir.Sonuç olarak, MG katmanının içine daha fazla denge basıncı düşer ve bu da hidrojenin daha hızlı emilmesine yol açar.
Durum 3 ve Durum 4 İki ısı eşanjörü konfigürasyonu arasındaki ortalama yatak sıcaklığı ve hidrojen konsantrasyonunun karşılaştırılması.
Durum 3 ve durum 4'te hidrojen absorpsiyon sürecinin başlamasından 500, 2000, 5000, 10000 ve 20000 saniye sonra hidrojen konsantrasyonunun karşılaştırılması.
Tablo 5, tüm durumlar için hidrojen alımının süresini özetlemektedir.Ek olarak tablo, yüzde olarak ifade edilen hidrojenin emilme süresini de gösterir.Bu yüzde, Durum 1'in absorpsiyon süresi temel alınarak hesaplanır. Bu tablodan, HCHE kullanan MH reaktörünün absorpsiyon süresi yaklaşık 45.000 ila 46.000 s'dir ve SCHE dahil absorpsiyon süresi yaklaşık 18.000 ila 19.000 s'dir.Durum 1 ile karşılaştırıldığında Durum 2 ve Durum 3'teki emilim süresi sırasıyla yalnızca %1,6 ve %2,7 oranında azaldı.HCHE yerine SCHE kullanıldığında emilim süresi 4. durumdan 6. duruma, yani %58'den %61'e önemli ölçüde azaldı.MH reaktörüne SCHE eklenmesinin, hidrojen emme işlemini ve MH reaktörünün performansını büyük ölçüde iyileştirdiği açıktır.MH reaktörünün içine ısı değiştirici takılması depolama kapasitesini azaltsa da bu teknoloji diğer teknolojilere göre ısı transferinde ciddi bir iyileşme sağlıyor.Ayrıca perde değerinin azaltılması SCHE'nin hacmini artıracak ve MH'nin hacminin azalmasına neden olacaktır.En yüksek SCHE hacmine sahip durum 6'da, MH hacimsel kapasitesi, en düşük HCHE hacmine sahip durum 1'e kıyasla yalnızca %5 azaldı.Ek olarak, emilim sırasında durum 6, emilim süresinde %61'lik bir azalmayla daha hızlı ve daha iyi performans gösterdi.Bu nedenle duyarlılık analizinde daha ileri araştırmalar için durum 6 seçildi.Uzun hidrojen alım süresinin, yaklaşık 2000 cm3'lük bir MH hacmi içeren bir depolama tankıyla ilişkili olduğuna dikkat edilmelidir.
Reaksiyon sırasındaki çalışma parametreleri, MH reaktörünün gerçek koşullardaki performansını olumlu veya olumsuz etkileyen önemli faktörlerdir.Bu çalışma, SCHE ile kombinasyon halinde bir MH reaktörü için uygun başlangıç çalışma parametrelerini belirlemek üzere bir duyarlılık analizini ele almaktadır ve bu bölüm, durum 6'daki optimal reaktör konfigürasyonuna dayalı olarak dört ana çalışma parametresini araştırmaktadır. Tüm çalışma koşulları için sonuçlar, şekilde gösterilmektedir. Şekil 8.
Yarı silindirik bobinli bir ısı eşanjörü kullanıldığında çeşitli çalışma koşulları altında hidrojen konsantrasyonunun grafiği.(a) yükleme basıncı, (b) başlangıç yatak sıcaklığı, (c) soğutucu Reynolds sayısı ve (d) soğutucu giriş sıcaklığı.
573 K sabit başlangıç sıcaklığına ve 14.000 Reynolds sayısına sahip soğutucu akış hızına dayanarak dört farklı yükleme basıncı seçildi: 1,2 MPa, 1,8 MPa, 2,4 MPa ve 3,0 MPa.Şek.Şekil 8a, yükleme basıncının ve SCHE'nin zaman içindeki hidrojen konsantrasyonu üzerindeki etkisini göstermektedir.Yükleme basıncının artmasıyla emilim süresi azalır.1,2 MPa'lık uygulanan hidrojen basıncının kullanılması, hidrojen absorpsiyon prosesi için en kötü durumdur ve absorpsiyon süresi, %90 hidrojen absorpsiyonuna ulaşmak için 26.000 saniyeyi aşar.Bununla birlikte, daha yüksek yükleme basıncı, emme süresinde 1,8 MPa'dan 3,0 MPa'ya %32-42'lik bir azalmayla sonuçlandı.Bunun nedeni, hidrojenin daha yüksek başlangıç basıncıdır, bu da denge basıncı ile uygulanan basınç arasında daha büyük bir fark oluşmasına neden olur.Dolayısıyla bu, hidrojen alım kinetiği için büyük bir itici güç oluşturur.Başlangıç anında denge basıncı ile uygulanan basınç arasındaki büyük fark nedeniyle hidrojen gazı hızla emilir57.3,0 MPa'lık bir yükleme basıncında, ilk 10 saniye boyunca hızla %18 hidrojen birikti.Hidrojen, son aşamada reaktörlerin %90'ında 15460 saniye süreyle depolandı.Ancak 1,2 ila 1,8 MPa'lık bir yükleme basıncında emme süresi %32 oranında önemli ölçüde azaldı.Diğer yüksek basınçların emilim sürelerinin iyileştirilmesi üzerinde daha az etkisi oldu.Bu nedenle MH-SCHE reaktörünün yükleme basıncının 1,8 MPa olması tavsiye edilir.Ek bölüm, 15500 s'de çeşitli yükleme basınçları için hidrojen konsantrasyonu konturlarını göstermektedir.
MH reaktörünün uygun başlangıç sıcaklığının seçimi, hidrit oluşumu reaksiyonunun itici gücünü etkilediği için hidrojen adsorpsiyon sürecini etkileyen ana faktörlerden biridir.SCHE'nin MH reaktörünün başlangıç sıcaklığı üzerindeki etkisini incelemek için, 1,8 MPa sabit yükleme basıncında ve 14.000 HTF Reynolds sayısında dört farklı sıcaklık seçildi.Şek.Şekil 8b, 473K, 523K, 573K ve 623K dahil olmak üzere çeşitli başlangıç sıcaklıklarının karşılaştırmasını göstermektedir.Aslında sıcaklık 230°C veya 503K58'den yüksek olduğunda Mg2Ni alaşımı hidrojen emilimi işlemi için etkili özelliklere sahiptir.Ancak hidrojen enjeksiyonunun ilk anında sıcaklık hızla yükselir.Sonuç olarak MG katmanının sıcaklığı 523 K'yı aşacaktır. Dolayısıyla artan emilim oranı nedeniyle hidritlerin oluşumu kolaylaşmaktadır53.Şek.Şekil 8b'den MB katmanının başlangıç sıcaklığı düştükçe hidrojenin daha hızlı emildiği görülebilir.Başlangıç sıcaklığı daha düşük olduğunda daha düşük denge basınçları meydana gelir.Denge basıncı ile uygulanan basınç arasındaki basınç farkı ne kadar büyük olursa, hidrojen emilimi süreci o kadar hızlı olur.473 K başlangıç sıcaklığında, hidrojen ilk 18 saniye içinde hızla %27'ye kadar emilir.Ek olarak, 623 K başlangıç sıcaklığına kıyasla daha düşük bir başlangıç sıcaklığında emme süresi de %11'den %24'e düşürüldü. En düşük başlangıç sıcaklığı olan 473 K'deki emme süresi 15247 s'dir; bu, en iyiye benzerdir. Ancak yükleme basıncı durumunda reaktör başlangıç sıcaklığındaki azalma hidrojen depolama kapasitesinde azalmaya neden olur.MN reaktörünün başlangıç sıcaklığı en az 503 K53 olmalıdır.Ek olarak, 573 K53'lük bir başlangıç sıcaklığında, ağırlıkça %3,6'lık bir maksimum hidrojen depolama kapasitesine ulaşılabilir.Hidrojen depolama kapasitesi ve emilim süresi açısından 523 ile 573 K arasındaki sıcaklıklar süreyi yalnızca %6 oranında kısaltır.Bu nedenle MH-SCHE reaktörünün başlangıç sıcaklığı olarak 573 K sıcaklık önerilmektedir.Ancak başlangıç sıcaklığının absorpsiyon prosesi üzerindeki etkisi, yükleme basıncına kıyasla daha az anlamlıydı.Ek bölüm, 15500 s'de çeşitli başlangıç sıcaklıkları için hidrojen konsantrasyonunun hatlarını göstermektedir.
Akış hızı, hidrojenasyon ve dehidrojenasyonun ana parametrelerinden biridir çünkü hidrojenasyon ve dehidrojenasyon sırasında türbülansı ve ısı giderimini veya girdiyi etkileyebilir59.Yüksek akış hızları türbülanslı fazlar oluşturacak ve HTF tüpünden daha hızlı sıvı akışına neden olacaktır.Bu reaksiyon daha hızlı ısı transferine neden olacaktır.HTF için farklı giriş hızları, 10.000, 14.000, 18.000 ve 22.000 Reynolds sayılarına göre hesaplanır.MG katmanının başlangıç sıcaklığı 573 K'de ve yükleme basıncı 1,8 MPa'da sabitlendi.Şekil 2'deki sonuçlar.Şekil 8c, SCHE ile kombinasyon halinde daha yüksek bir Reynolds sayısının kullanılmasının daha yüksek bir alım oranıyla sonuçlandığını göstermektedir.Reynolds sayısı 10.000'den 22.000'e çıktıkça emilim süresi yaklaşık %28-50 oranında azalır.22.000 Reynolds sayısında soğurma süresi 12.505 saniyedir; bu, çeşitli başlangıç yükleme sıcaklıkları ve basınçlarındakinden daha azdır.12500 s'de GTP için çeşitli Reynolds sayılarına yönelik hidrojen konsantrasyon konturları ek bölümde sunulmaktadır.
SCHE'nin HTF'nin başlangıç sıcaklığı üzerindeki etkisi analiz edilmiş ve Şekil 8d'de gösterilmiştir.573 K başlangıç MG sıcaklığında ve 1,8 MPa hidrojen yükleme basıncında, bu analiz için dört başlangıç sıcaklığı seçilmiştir: 373 K, 473 K, 523 K ve 573 K. 8d, soğutucunun sıcaklığındaki bir düşüşü göstermektedir. girişte emilim süresinde bir azalmaya yol açar.573 K giriş sıcaklığına sahip temel durumla karşılaştırıldığında, 523 K, 473 K ve 373 K giriş sıcaklıkları için emme süresi sırasıyla yaklaşık %20, %44 ve %56 oranında azaltıldı.6917 s'de GTF'nin başlangıç sıcaklığı 373 K, reaktördeki hidrojen konsantrasyonu %90'dır.Bu, MG katmanı ile HCS arasındaki artan konvektif ısı transferi ile açıklanabilir.Daha düşük HTF sıcaklıkları ısı dağılımını artıracak ve hidrojen alımının artmasına neden olacaktır.Tüm çalışma parametreleri arasında HTF giriş sıcaklığının arttırılarak MH-SCHE reaktörünün performansının arttırılması en uygun yöntem oldu, çünkü absorpsiyon işleminin bitiş süresi 7000 s'den az iken diğer yöntemlere göre en kısa absorpsiyon süresi daha uzundu. 10000 saniyeden fazla.Hidrojen konsantrasyonu konturları, 7000 saniye boyunca GTP'nin çeşitli başlangıç sıcaklıkları için sunulmuştur.
Bu çalışma, ilk kez bir metal hidrit depolama ünitesine entegre edilen yeni bir yarı silindirik bobinli ısı değiştiriciyi sunmaktadır.Önerilen sistemin hidrojeni absorbe etme yeteneği, ısı değiştiricinin çeşitli konfigürasyonları ile araştırılmıştır.Yeni bir ısı değiştirici kullanılarak metal hidritlerin depolanması için en uygun koşulları bulmak amacıyla, metal hidrit tabakası ile soğutucu arasındaki ısı alışverişi üzerinde çalışma parametrelerinin etkisi araştırıldı.Bu çalışmanın ana bulguları şu şekilde özetlenmektedir:
Yarı silindirik bobinli ısı eşanjörüyle, magnezyum katmanlı reaktörde daha düzgün bir ısı dağılımına sahip olduğundan ısı transfer performansı iyileştirilir, bu da daha iyi bir hidrojen emme oranı sağlar.Isı eşanjör tüpünün ve metal hidrürün hacminin değişmeden kalması koşuluyla, emme reaksiyon süresi, geleneksel sarmal bobinli ısı eşanjörüne kıyasla %59 oranında önemli ölçüde kısalır.
Gönderim zamanı: Ocak-15-2023