Nature.com сайтына кергәнегез өчен рәхмәт.Сез чикләнгән CSS ярдәме белән браузер версиясен кулланасыз.Иң яхшы тәҗрибә өчен без яңартылган браузерны кулланырга киңәш итәбез (яки Internet Explorer'та туры килү режимын сүндерегез).Моннан тыш, дәвамлы ярдәмне тәэмин итү өчен, без сайтны стильләр һәм JavaScriptсыз күрсәтәбез.
Берьюлы өч слайд карусельен күрсәтә.Алдагы һәм Киләсе төймәләрне берьюлы өч слайд аша күчерү өчен кулланыгыз, яки ахырда слайдер төймәләрен берьюлы өч слайд аша күчерегез.
Металл гидридлар (МГ) водород саклау өчен иң кулай материал төркемнәренең берсе булып таныла, зур водород саклау сыйфаты, түбән эш басымы һәм югары куркынычсызлык.Ләкин, аларның әкрен водород алу кинетикасы саклауны бик киметә.МГ саклагычыннан тизрәк җылылык чыгару аның водород алу тизлеген арттыруда мөһим роль уйный ала, нәтиҗәдә саклауның яхшыруы.Шуңа бәйле рәвештә, бу тикшеренү MH саклау системасының водород алу тизлегенә уңай йогынты ясау өчен җылылык үткәрү үзенчәлекләрен яхшыртуга юнәлтелгән иде.Яңа ярым цилиндрик кәтүк башта водород саклау өчен эшләнде һәм оптимальләштерелде һәм эчке һава-җылылык алмаштыргыч (HTF) буларак кертелде.Төрле тишек зурлыкларына нигезләнеп, яңа җылылык алмаштыргыч конфигурациясенең эффекты анализлана һәм гадәти гелик кәтүк геометриясе белән чагыштырыла.Моннан тыш, оптималь кыйммәтләр алу өчен MG һәм GTP саклау параметрлары санлы рәвештә өйрәнелде.Санлы симуляция өчен ANSYS Fluent 2020 R2 кулланыла.Бу тикшеренү нәтиҗәләре шуны күрсәтә: MH саклагычның эше ярым цилиндрик кәтүк җылылык алмаштыргыч (SCHE) ярдәмендә сизелерлек яхшыра ала.Гадәттәге спираль кәтүк җылылык алмаштыргычлары белән чагыштырганда, водородның үзләштерү вакыты 59% ка кими.SCHE кәтүкләре арасындагы иң кечкенә ара үзләштерү вакытының 61% кимүенә китерде.SHE кулланып MG саклагычының эш параметрларына килгәндә, барлык сайланган параметрлар водородны үзләштерү процессының сизелерлек яхшыруына китерә, аеруча HTS кертү температурасы.
Фоссил ягулыкларына нигезләнгән энергиядән яңартыла торган энергиягә глобаль күчү бар.Яңартыла торган энергиянең күп формалары динамик рәвештә көч бирә, йөкне тигезләү өчен энергия саклау кирәк.Водородка нигезләнгән энергия саклау бу максатта күп игътибарга җәлеп итте, аеруча водородны “яшел” альтернатив ягулык һәм энергия ташучы буларак куллану мөмкинлеге аркасында.Моннан тыш, водород шулай ук казылма ягулык белән чагыштырганда берәмлек массасына югары энергия күләмен тәкъдим итә2.Водород энергиясен саклауның дүрт төп төре бар: кысылган газ саклау, җир асты саклау, сыеклык саклау һәм каты саклау.Кысылган водород - автобуслар һәм форклифтлар кебек ягулык кәрәзле машиналарда кулланыла торган төп төр.Ләкин, бу саклагыч водородның аз тыгызлыгын тәэмин итә (якынча 0.089 кг / м3) һәм югары эш басымы белән бәйле куркынычсызлык проблемалары3.Аз тирә температурада һәм басымда әйләндерү процессына нигезләнеп, сыеклык саклау водородны сыек формада саклаячак.Ләкин, сыекландырылганда, энергиянең якынча 40% юкка чыга.Моннан тыш, бу технология каты дәүләт саклау технологияләре белән чагыштырганда күбрәк энергия һәм хезмәт таләп итә.Каты саклау - водород экономикасы өчен бик яхшы вариант, ул водородны каты материалларга үзләштерү һәм водородны дезорпция аша чыгару белән саклый.Металл гидрид (MH), каты материал саклау технологиясе, водород сыйдырышлыгы, аз эш басымы, һәм сыеклык саклау белән чагыштырганда аз чыгым аркасында ягулык күзәнәкләрен куллану белән кызыксына, һәм стационар һәм мобиль кушымталар өчен яраклы6,7 In өстәвенә, MH материаллары шулай ук зур сыйдырышлыкны эффектив саклау кебек куркынычсызлык үзлекләрен тәэмин итә8.Ләкин, MG җитештерүчәнлеген чикләүче проблема бар: MG реакторының аз җылылык үткәрүчәнлеге водородның әкрен үзләштерүенә һәм дезорпциясенә китерә.
Экзотермик һәм эндотермик реакцияләр вакытында җылылык үткәрү MH реакторларының эшләвен яхшырту өчен ачкыч.Водородны йөкләү процессы өчен барлыкка килгән җылылык реактордан чыгарылырга тиеш, водородны йөкләү агымын максималь саклау сыйфаты белән кирәкле тизлектә контрольдә тоту өчен.Киресенчә, водород эволюциясе тизлеген арттыру өчен җылылык кирәк.Heatылылык һәм масса тапшыру эшләрен яхшырту өчен, күп тикшерүчеләр проектлау һәм оптимизацияне эш параметрлары, MG структурасы, MG11 оптимизациясе кебек күп факторларга нигезләнеп өйрәнделәр.MG оптимизациясе 12,13 катламнарына күбек металл кебек югары җылылык үткәрүчәнлек материалларын өстәп эшләнергә мөмкин.Шулай итеп, эффектив җылылык үткәрүчәнлеген 0,1 дән 2 Ватт / мК10га кадәр арттырырга мөмкин.Ләкин, каты материаллар өстәү MN реакторының көчен сизелерлек киметә.Эш параметрларына килгәндә, яхшырту MG катламының һәм суыткычның (HTF) башлангыч эш шартларын оптимальләштереп ирешеп була.МГ структурасы реакторның геометриясе һәм җылылык алмаштыргыч дизайны аркасында оптимальләштерелергә мөмкин.МГ реакторының җылылык алмаштыргыч конфигурациясенә килгәндә, ысулларны ике төргә бүлеп була.Бу MO катламына салынган эчке җылылык алмаштыргычлар һәм MO катламын каплаучы тышкы җылылык алмаштыргычлар, мәсәлән, суыткыч курткалар һәм су мунчалары.Тышкы җылылык алмаштыргычка килгәндә, Kaplan16 MH реакторының эшләвен анализлады, реактор эчендәге температураны киметү өчен суыткыч су куртка итеп кулланды.Нәтиҗәләр 22 түгәрәк фин реакторы һәм табигый конвекция белән суытылган тагын бер реактор белән чагыштырылды.Алар суыткыч куртка булуы МГ температурасын сизелерлек киметәләр, шуның белән үзләштерү тизлеген арттыралар.Патил һәм Гопал17 су белән капланган MH реакторының санлы тикшеренүләре күрсәткәнчә, водород белән тәэмин итү басымы һәм HTF температурасы водород алу һәм дезорпция тизлегенә йогынты ясаучы төп параметрлар.
МГга салынган канатлар һәм җылылык алмаштыргычлар өстәп, җылылык үткәрү өлкәсен арттыру - җылылык һәм масса үткәрү эшләрен яхшырту өчен ачкыч, димәк MH18 саклауны башкару.Берничә эчке җылылык алмаштыргыч конфигурациясе (туры труба һәм спираль кәтүк) суыткычны MH19,20,21,22,23,24,25,26 реакторында әйләндерү өчен эшләнгән.Эчке җылылык алмаштыргыч кулланып, суыту яки җылыту сыеклыгы водородны үзләштерү процессында MH реакторы эчендә җирле җылылыкны күчерәчәк.Раджу һәм Кумар [27] MG эшләрен яхшырту өчен җылылык алмаштыручы буларак берничә туры торбалар кулландылар.Аларның нәтиҗәләре шуны күрсәтте: җылылык алмаштыргыч буларак туры торбалар кулланылгач, үзләштерү вакыты кимеде.Моннан тыш, туры торбалар куллану водородның дезорпция вакытын кыскарталар28.Coolгары суыткыч агым темплары водород зарядлау һәм агызу тизлеген арттыра29.Ләкин, суыткыч трубалар санын арттыру суыткыч агым тизлегенә түгел, ә MH эшенә уңай тәэсир итә30,31.Raju et al.32 реакторларда күп җылылык алмаштыргычларның эшләвен өйрәнү өчен LaMi4.7Al0.3ны MH материалы итеп кулланды.Алар хәбәр иттеләр, эш параметрлары үзләштерү процессына, аеруча азык басымы, аннары HTF агым тизлегенә зур йогынты ясады.Ләкин, үзләштерү температурасы азрак критик булып чыкты.
МГ реакторының эшләнеше спираль кәтүк җылылык алмаштыргыч ярдәмендә тагын да яхшыра, туры торбалар белән чагыштырганда җылылык үткәрү яхшырганга.Чөнки икенчел цикл реактордан җылылыкны яхшырак бетерә ала25.Моннан тыш, спираль трубалар MH катламыннан суыткычка җылылык җибәрү өчен зур өслек мәйданы бирә.Бу ысул реактор эчендә кертелгәч, җылылык алмашу торбаларын бүлү дә бертөрле була33.Ванг һ.б.34 водород алу вакытының эффектын MH реакторына гелик кәтүк кушып өйрәнде.Аларның нәтиҗәләре шуны күрсәтә: суыткычның җылылык тапшыру коэффициенты арта барган саен, үзләштерү вакыты кими.Ву һ.б.25 Mg2Ni нигезендәге MH реакторларының һәм күмелгән кәтүк җылылык алмаштыргычларының эшләвен тикшерде.Аларның санлы тикшеренүләре реакция вакытының кимүен күрсәтте.MN реакторында җылылык үткәрү механизмын камилләштерү винт тишекнең винт тишеккә һәм үлчәмсез винт тишеккә кечерәк өлешенә нигезләнә.Mellouli et al.21 тарафыннан үткәрелгән эксперименталь тикшеренү эчке җылылык алмаштыручы буларак күмелгән кәтүкне кулланып күрсәтте, HTF башлангыч температурасы водород алу һәм дезорпция вакытын яхшыртуда зур йогынты ясый.Төрле эчке җылылык алмаштыргычларның комбинациясе берничә тикшерүдә үткәрелде.Эйсапур һ.б.Водород саклауны өйрәнделәр, водородны үзләштерү процессын яхшырту өчен, үзәк кайту трубасы белән спираль кәтүк җылылык алмаштыргыч ярдәмендә.Аларның нәтиҗәләре шуны күрсәтте: спираль труба һәм үзәк кайту трубасы суыткыч белән MG арасында җылылык үткәрүне сизелерлек яхшырта.Спираль трубаның кечерәк тишеге һәм зуррак диаметры җылылык һәм масса күчерү тизлеген арттыра.Ардахай һ.б.36 реактор эчендә җылылык җибәрүне яхшырту өчен җылылык алмаштыручы буларак яссы спираль торбалар кулланылды.Алар ясалган спираль труба самолетларының санын арттырып, үзләштерү озынлыгы кимегәнен хәбәр иттеләр.Төрле эчке җылылык алмаштыргычларның комбинациясе берничә тикшерүдә үткәрелде.Дау һ.б.37 күмелгән кәтүк җылылык алмаштыргыч һәм канатлар ярдәмендә MH эшчәнлеген яхшыртты.Аларның нәтиҗәләре шуны күрсәтә: бу ысул водород тутыру вакытын 2 факторга киметә.Еллык канатлар суыту торбалары белән кушылып, MN реакторына салынган.Бу тикшеренү нәтиҗәләре шуны күрсәтә: бу кушылган ысул MH реакторы белән чагыштырганда бертөрле җылылык үткәрүне тәэмин итә.Ләкин, төрле җылылык алмаштыргычларны берләштерү MH реакторының авырлыгына һәм күләменә тискәре йогынты ясар.Wu et al.18 төрле җылылык алмаштыргыч конфигурацияләрен чагыштырды.Аларга туры торбалар, канатлар һәм спираль кәтүкләр керә.Авторлар спираль кәтүкләрнең җылылык һәм масса күчерүдә иң яхшы яхшырту тәэмин итүе турында хәбәр итәләр.Моннан тыш, туры торбалар, күмелгән трубалар һәм күмелгән торбалар белән кушылган туры торбалар белән чагыштырганда, икеләтә кәтүкләр җылылык үткәрүне яхшыртуда яхшырак тәэсир итәләр.Сехар һ.б. тикшерүе.40 күрсәтте, водородны алуда шундый ук яхшырту спираль кәтүк ярдәмендә эчке җылылык алмаштыргыч һәм беткән тышкы суыту курткасы ярдәмендә ирешелде.
Aboveгарыда телгә алынган мисаллардан спираль кәтүкләрне эчке җылылык алмаштыргыч буларак куллану башка җылылык алмаштыргычларга караганда аеруча җылылык һәм масса күчерүне яхшырта, аеруча туры торбалар һәм канатлар.Шуңа күрә, бу тикшерүнең максаты җылылык үткәрү эшләрен яхшырту өчен спираль кәтүкне алга таба үстерү иде.Беренче тапкыр гадәти MH саклагыч вертикаль кәтүк нигезендә яңа ярым цилиндрик кәтүк эшләнде.Бу тикшеренү водород саклауны яхшыртыр дип көтелә, яңа җылылык алмаштыргыч дизайнын яхшырак җылылык үткәрү зонасы макеты белән, даими күләмдә MH карават һәм HTF трубалары белән тәэмин ителгән.Бу яңа җылылык алмаштыргычның саклау эше гадәти спираль кәтүк җылылык алмаштыргычлары белән чагыштырылды.Хәзерге әдәбият буенча, эш шартлары һәм кәтүкләр арасы MH реакторларының эшенә тәэсир итүче төп факторлар.Бу яңа җылылык алмаштыргычның дизайнын оптимальләштерү өчен, кәтүк араларының водород алу вакытына һәм МГ күләменә тәэсире тикшерелде.Моннан тыш, яңа геми-цилиндрик кәтүкләр һәм эш шартлары арасындагы бәйләнешне аңлау өчен, бу тикшерүнең икенче максаты реакторның характеристикаларын төрле эш параметрлары диапазоннары буенча өйрәнү һәм һәр операция өчен тиешле кыйммәтләрне билгеләү иде. режимы.параметры.
Бу тикшеренүдә водород энергиясен саклау җайланмасының эшләве ике җылылык алмаштыргыч конфигурациясе (1 - 3 очракларда спираль трубалар һәм 4 - 6 очракларда ярым цилиндрик трубалар кертеп) һәм эш параметрларына сизгерлек анализы нигезендә тикшерелә.МГ реакторының эшләве беренче тапкыр җылылык алмаштыручы буларак спираль трубаны кулланып сынады.Суыткыч май торбасы да, MH реактор корабы дат басмас корычтан эшләнгән.Әйтергә кирәк, MG реакторының үлчәмнәре һәм GTF торбаларының диаметры барлык очракларда даими булган, GTF адымнары зурлыклары төрле булган.Бу бүлектә HTF кәтүкләренең тон зурлыгының эффекты анализлана.Реакторның биеклеге һәм тышкы диаметры тиешенчә 110 мм һәм 156 мм.Heatылылык үткәрүче нефть торбасының диаметры 6 мм.Спираль трубалар һәм ике ярым цилиндрик трубалар белән MH реактор схемасы схемасы турында өстәмә бүлекне карагыз.
Инҗирдә.1а MH спираль труба реакторын һәм аның үлчәмнәрен күрсәтә.Барлык геометрик параметрлар таблицада бирелгән.1. Геликсның гомуми күләме һәм ZG күләме якынча 100 см3 һәм 2000 см3.Бу MH реакторыннан, HTF формасындагы һава күзәнәк MH реакторына спираль труба аша ашатылды, һәм реакторның өске өлешеннән водород кертелде.
Металл гидрид реакторлары өчен сайланган геометрияләргә характеристика.а) спираль-труба җылылык алмаштыргыч белән, б) ярым цилиндрик торба җылылык алмаштыргыч белән.
Икенче өлеш җылылык алмаштыручы буларак ярым цилиндрик труба нигезендә MH реакторының эшләвен тикшерә.Инҗирдә.1б ике ярым цилиндрик труба һәм аларның үлчәмнәре белән MN реакторын күрсәтә.1 нче таблицада ярым цилиндрик торбаларның барлык геометрик параметрлары күрсәтелгән, алар арасындагы ераклыкны исәпкә алмаганда, даими кала.Әйтергә кирәк, 4-нче очрактагы ярым цилиндрик труба даими күләмдә HTF трубасы һәм күмелгән трубада MH эретмәсе белән эшләнгән (3 вариант).Инҗиргә килгәндә.1б, һава шулай ук ике ярым цилиндрик HTF трубасы төбеннән кертелде, һәм водород MH реакторының каршы ягыннан кертелде.
Heatылылык алмаштыргычның яңа дизайны аркасында, бу бүлекнең максаты - SCHE белән берлектә MH реакторының эш параметрлары өчен тиешле башлангыч кыйммәтләрне билгеләү.Барлык очракларда да реактордан җылылыкны чыгару өчен суыткыч буларак кулланылган.Heatылылык җибәрү майлары арасында һава һәм су гадәттә аз чыгымнары һәм әйләнә-тирә мохиткә йогынтысы аркасында MH реакторлары өчен җылылык җибәрү майлары итеп сайлана.Магний нигезендәге эретмәләрнең югары температурасы диапазоны аркасында, бу тикшерүдә һава суыткыч итеп сайланды.Моннан тыш, ул шулай ук башка сыек металлларга һәм эретелгән тозларга караганда яхшырак агым характеристикасына ия.2 нче таблицада 573 К һаваның үзлекләре күрсәтелгән, бу бүлектә сизгерлекне анализлау өчен, MH-SCHE эш вариантларының иң яхшы конфигурацияләре генә кулланыла (4-6 очракта).Бу бүлектәге сметалар төрле эш параметрларына нигезләнгән, шул исәптән MH реакторының башлангыч температурасы, водород йөкләү басымы, HTF керү температурасы һәм HTF ставкасын үзгәртеп исәпләнгән Рейнольдс саны.3 нче таблицада сизгерлекне анализлау өчен кулланылган барлык эш параметрлары бар.
Бу бүлектә водород сеңдерү, турбулентлык һәм суыткычларның җылылык үткәрү процессы өчен барлык кирәкле контроль тигезләмәләре сурәтләнә.
Водород алу реакциясен гадиләштерү өчен, түбәндәге фаразлар ясала һәм бирелә;
Сүндерү вакытында водород һәм металл гидридларның термофизик үзлекләре даими.
Водород идеаль газ булып санала, шуңа күрә җирле җылылык тигезләнеше шартлары 43,44 исәпкә алына.
монда \ ({L} _ {газ} \) - танкның радиусы, һәм \ ({L} _ {җылылык} \) - танкның күчәр биеклеге.N 0.0146-тан ким булганда, танктагы водород агымы симуляциядә зур хатасыз игътибарсыз калырга мөмкин.Хәзерге тикшеренүләр күрсәткәнчә, N 0,1 дән күпкә түбән.Шуңа күрә басым градиент эффектын игътибарсыз калдырырга мөмкин.
Реактор стеналары барлык очракларда да яхшы изоляцияләнгән.Шуңа күрә реактор белән әйләнә-тирә арасында 47 җылылык алмашу юк.
Билгеле булганча, Mg нигезендәге эретмәләрнең яхшы водородлаштыру характеристикалары һәм югары водород саклау сыйфаты 7,6 вт% 8 кадәр.Каты дәүләт водород саклау кушымталары ягыннан бу эретмәләр җиңел материаллар буларак та билгеле.Моннан тыш, аларда яхшы җылылыкка каршы тору һәм яхшы эшкәртү мөмкинлеге бар8.Берничә Mg нигезендәге эретмәләр арасында, Mg2Ni нигезендәге MgNi эритмәсе 6 вт% га кадәр водород саклау сыйфаты аркасында MH саклау өчен иң кулай вариантларның берсе.Mg2Ni эретмәләре шулай ук MgH48 эретмәсе белән чагыштырганда тизрәк adsorption һәм дезорпция кинетикасын тәэмин итә.Шуңа күрә Mg2Ni бу тикшеренүдә металл гидрид материалы итеп сайланды.
Энергия тигезләмәсе водород белән Mg2Ni гидрид арасындагы җылылык балансына нигезләнеп 25 итеп күрсәтелә:
X - металл өслеккә сеңгән водород күләме, берәмлек \ (авырлык \% \), кинетик тигезләмәдән исәпләнә \ (\ frac {dX} {dt} \) түбәндәгечә үзләштерү вакытында 49:
монда \ ({C} _ {a} \) - реакция тизлеге һәм \ ({E} _ {a} \) - активлаштыру энергиясе.\ ({P} _ {a, eq} \) - үзләштерү процессында металл гидрид реакторы эчендәге тигезлек басымы, ван'т Хофф тигезләмәсе тарафыннан бирелгән 25:
Кайда \ ({P} _ {ref} \) - 0,1 MPa сылтама басымы.\ (\ Delta H \) һәм \ (\ Delta S \) - реакциянең энтальпиясе һәм антропиясе.Mg2Ni һәм водород эретмәләренең үзенчәлекләре таблицада китерелгән.4. Исемләнгән исемлекне өстәмә бүлектә табып була.
Сыеклык агымы турбулент дип санала, чөнки аның тизлеге һәм Рейнольдс саны (Re) тиешенчә 78,75 мс-1 һәм 14000.Бу тикшеренүдә k-ε турбулентлыкка ирешеп була торган модель сайланды.Билгеле булганча, бу ысул башка k-ε ысуллары белән чагыштырганда югары төгәллек бирә, һәм шулай ук RNG k-ε50,51 ысулларына караганда азрак исәпләү вакыты таләп итә.Heatылылык җибәрү сыеклыкларының төп тигезләмәләре турында тулырак мәгълүмат өчен Өстәмә бүлекне карагыз.
Башта, MN реакторындагы температура режимы бертөрле иде, һәм водородның уртача концентрациясе 0,043 иде.МГ реакторының тышкы чиге яхшы изоляцияләнгән дип уйланыла.Магний нигезендәге эретмәләр гадәттә реакторда водородны саклау һәм чыгару өчен югары реакция эш температурасын таләп итәләр.Mg2Ni эретмәсе максималь үзләштерү өчен 523–603 К температура диапазонын һәм тулы дезорпция өчен 573–603 К температура диапазонын таләп итә.Ләкин, Muthukumar et al.53 тарафыннан үткәрелгән эксперименталь тикшеренүләр күрсәткәнчә, Mg2Ni водород саклау өчен максималь сыйдырышлык 573 К температурада була ала, бу аның теоретик куәтенә туры килә.Шуңа күрә, 573 К температурасы бу тикшеренүдә MN реакторының башлангыч температурасы итеп сайланды.
Тикшерү һәм ышанычлы нәтиҗәләр өчен төрле челтәр зурлыкларын булдырыгыз.Инҗирдә.2 дүрт төрле элементтан водородны үзләштерү процессында сайланган урыннардагы уртача температураны күрсәтә.Әйтергә кирәк, охшаш геометрия аркасында челтәр бәйсезлеген сынау өчен, һәр конфигурациянең бер генә очрагы сайланган.Шул ук төрләү ысулы башка очракларда да кулланыла.Шуңа күрә, спираль торба өчен 1, ярым цилиндрик торба өчен 4 вариантны сайлагыз.Инҗирдә.2а, b реактордагы 1 һәм 4 вариантлар өчен уртача температураны күрсәтә.Сайланган өч урын реакторның өске, урта һәм төбендәге карават температурасы контурларын күрсәтә.Сайланган урыннардагы температура контурларына нигезләнеп, уртача температура тотрыклы була һәм 1 һәм 4 очраклар өчен 428,891 һәм 430,599 элементлар саны аз үзгәрүен күрсәтә.Шуңа күрә бу челтәр зурлыклары алга таба исәпләү өчен сайланган.Төрле күзәнәк зурлыклары өчен водородны үзләштерү процессы өчен уртача карават температурасы һәм ике очракта даими чистартылган мешлар турында тулы мәгълүмат өстәмә бүлектә бирелгән.
Төрле челтәр номерлары булган металл гидрид реакторында водородны үзләштерү процессындагы сайланган нокталарда уртача карават температурасы.а) 1 нче очрак өчен сайланган урыннарда уртача температура һәм б) 4 очрак өчен сайланган урыннарда уртача температура.
Бу тикшеренүдә Mg нигезендәге металл гидрид реакторы Мутхукумар һ.б.ның эксперименталь нәтиҗәләре нигезендә сынады.Өйрәнүдә алар водородны пасовкасыз корыч трубаларда саклау өчен Mg2Ni эретмәсе кулландылар.Бакыр канатлар реактор эчендә җылылык җибәрүне яхшырту өчен кулланыла.Инҗирдә.3а эксперименталь өйрәнү белән бу тикшеренү арасында үзләштерү процессының караватының уртача температурасын чагыштыруны күрсәтә.Бу эксперимент өчен сайланган эш шартлары: MG башлангыч температурасы 573 К һәм керү басымы 2 MPa.Инҗирдән.3а бу эксперименталь нәтиҗәнең хәзерге катлам белән уртача катлам температурасына туры килүен ачык күрсәтергә мөмкин.
Модель тикшерү.а) Mg2Ni металл гидрид реакторының хәзерге тикшерүен Мутукумар һ.б. эксперименталь эше белән чагыштырып, һәм б) спираль трубаның турбулент агым моделен хәзерге өйрәнүне Кумар һәм башкалар белән чагыштырып тикшерү. .Тикшеренү.54.
Турбулентлык моделен сынап карау өчен, бу тикшеренү нәтиҗәләре сайланган турбулент модельнең дөреслеген раслау өчен Кумар һәм башкаларның эксперименталь нәтиҗәләре белән чагыштырылды.Кумар һ.б.Су каршы яклардан укылган кайнар һәм салкын сыеклык буларак кулланыла.Кайнар һәм салкын сыеклык температурасы тиешенчә 323 К һәм 300 К.Рейнольдс саны кайнар сыеклыклар өчен 3100 - 5700, салкын сыеклыклар өчен - 21,000 - 35,000.Дин номерлары кайнар сыеклыклар өчен 550-1000, салкын сыеклыклар өчен 3600-6000.Эчке торбаның диаметрлары (кайнар сыеклык өчен) һәм тышкы торба (салкын сыеклык өчен) тиешенчә 0,0254 м һәм 0,0508 м.Гелик кәтүкнең диаметры һәм тишеге тиешенчә 0,762 м һәм 0,100 м.Инҗирдә.3б эчке трубадагы суыткыч өчен Нуссельт һәм Дин номерлары өчен эксперименталь һәм агымдагы нәтиҗәләрне чагыштыруны күрсәтә.Өч төрле турбулентлык моделе тормышка ашырылды һәм эксперимент нәтиҗәләре белән чагыштырылды.Инҗирдә күрсәтелгәнчә.3б, ирешеп була k-ε турбулентлык моделе нәтиҗәләре эксперимент мәгълүматлары белән яхшы килешә.Шуңа күрә бу модель бу тикшеренүдә сайланган.
Бу тикшеренүдә санлы симуляцияләр ANSYS Fluent 2020 R2 ярдәмендә башкарылды.Кулланучының билгеләнгән функциясен (UDF) языгыз һәм аны үзләштерү процессының кинетикасын исәпләү өчен энергия тигезләмәсенең кертү термины итеп кулланыгыз.PRESTO55 схемасы һәм PISO56 ысулы басым-тизлек элемтәсе һәм басымны төзәтү өчен кулланыла.Grзгәрешле градиент өчен Грин-Гаус күзәнәк базасын сайлагыз.Момент һәм энергия тигезләмәләре икенче тәртипкә күтәрелү ысулы белән чишелә.Ял итү коэффициентларына килгәндә, басым, тизлек һәм энергия компонентлары тиешенчә 0,5, 0,7 һәм 0,7 итеп куелган.Стандарт стена функцияләре турбулентлык моделендә HTF өчен кулланыла.
Бу бүлектә водород үзләштерү вакытында күмелгән кәтүк җылылык алмаштыргыч (HCHE) һәм гелик кәтүк җылылык алмаштыргыч (SCHE) ярдәмендә MH реакторының яхшыртылган эчке җылылык тапшыру санлы симуляцияләре нәтиҗәләре тәкъдим ителә.HTF тонының реактор караватының температурасына һәм үзләштерү вакытына анализ ясалды.Сүндерү процессының төп эш параметрлары өйрәнелә һәм сизгерлекне анализлау бүлегендә тәкъдим ителә.
Маг реакторындагы җылылык үткәрүенә кәтүк араларының тәэсирен тикшерү өчен, төрле чокырлар белән өч җылылык алмаштыргыч конфигурациясе тикшерелде.15 мм, 12,86 мм һәм 10 мм булган өч төрле чокыр 1, тән 2 һәм тән 3 итеп билгеләнде.Әйтергә кирәк, торба диаметры 6 мм температурада 573 К температурада һәм барлык очракларда 1,8 МПа йөкләү басымы.Инҗирдә.4 водородны үзләштерү процессы вакытында МГ катламындагы караватның уртача температурасын һәм водород концентрациясен күрсәтә, гадәттә, металл гидрид белән водород арасындагы реакция үзләштерү процессына экзотермик.Шуңа күрә, реакторга водород кертелгән беренче мизгел аркасында караватның температурасы тиз күтәрелә.Карават температурасы максималь кыйммәткә җиткәнче арта, аннары температура түбәнрәк булган һәм суыткыч ролен башкаручы суыткыч алып барган саен әкренләп кими.Инҗирдә күрсәтелгәнчә.4а, алдагы аңлатма аркасында катлам температурасы тиз арта һәм өзлексез кими.Сүндерү процессы өчен водород концентрациясе гадәттә MH реакторының карават температурасына нигезләнә.Урта катлам температурасы билгеле бер температурага төшкәч, металл өслек водородны үзләштерә.Бу физизорпция, химизорпция, водород диффузиясе һәм реакторда аның гидридлары формалашу процессларының тизләнеше белән бәйле.Инҗирдән.4б шуны күрергә мөмкин: 3 очракта водородның үзләштерү тизлеге бүтән очракларга караганда түбәнрәк, кәтүк җылылык алмаштыргычының адым бәясе кечерәк.Бу торбаларның озынлыгына һәм HTF торбалары өчен зуррак җылылык үткәрү өлкәсенә китерә.Водородның уртача концентрациясе 90% булганда, 1-нче очрак өчен үзләштерү вакыты 46,276 секунд.1-нче очракта үзләштерү озынлыгы белән чагыштырганда, 2 һәм 3 очракларда үзләштерү озынлыгы тиешенчә 724 s һәм 1263 s кимегән.Өстәмә бүлектә HCHE-MH катламындагы сайланган урыннар өчен температура һәм водород концентрациясе контурлары тәкъдим ителә.
Урта катлам температурасы һәм водород концентрациясенә кәтүкләр арасындагы ераклыкның йогынтысы.а) гелик кәтүкләр өчен караватның уртача температурасы, б) вертикаль кәтүкләр өчен водород концентрациясе, в) геми-цилиндрик кәтүкләр өчен уртача карават температурасы, һәм г) геми-цилиндрик кәтүкләр өчен водород концентрациясе.
MG реакторының җылылык үткәрү характеристикаларын яхшырту өчен, ике HFC даими күләмдә MG (2000 см3) һәм 3-нче вариантның спираль җылылык алмаштыргыч (100 см3) өчен эшләнгән, бу бүлек шулай ук аралар арасының эффектын карый. 4 очрак өчен 15 мм, 5 очрак өчен 12,86 мм һәм 6 очрак өчен 10 мм.4c, d уртача карават температурасын һәм водород сеңдерү процессының концентрациясен 573 К башлангыч температурада һәм йөкләү басымы 1,8 MPa күрсәтә.4c рәсемдәге уртача катлам температурасы буенча, 6 очракта кәтүкләр арасындагы кечерәк ара, калган ике очрак белән чагыштырганда температураны сизелерлек киметә.6-нчы очрак өчен түбән карават температурасы водород концентрациясенең югары булуына китерә (4 нче рәсемне кара).Вариант 4 өчен водород алу вакыты 19542 с, бу HCH кулланып 1-3 вариантларына караганда 2 тапкырга кимрәк.Моннан тыш, 4-нче очрак белән чагыштырганда, үзләштерү вакыты шулай ук 378 с һәм 1515 с кыскартылды, 5 һәм 6 очракларда түбән дистанцияләр белән.Өстәмә бүлектә SCHE-MH катламындагы сайланган урыннар өчен температура һәм водород концентрациясе контурлары тәкъдим ителә.
Ике җылылык алмаштыргыч конфигурациясенең эшләвен өйрәнү өчен, бу бүлек өч сайланган урында температура кәкреләрен урнаштыра һәм тәкъдим итә.3-нче очрактан HCHE булган MH реакторы 4-нче очракта SCHE булган MH реакторы белән чагыштыру өчен сайланды, чөнки аның даими MH күләме һәм торба күләме бар.Бу чагыштыру өчен эш шартлары 573 К башлангыч температура һәм йөкләү басымы 1,8 МПа иде.Инҗирдә.5а һәм 5б 3 һәм 4 очракларда температура профильләренең сайланган өч позициясен күрсәтәләр.Инҗирдә.5с 20000 с водород алганнан соң температура профилен һәм катлам концентрациясен күрсәтә.5с рәсемдәге 1-нче юл буенча, 3 һәм 4 вариантлардан TTF тирәсендәге температура суыткычның конвектив җылылык күчү аркасында кими.Бу водородның бу өлкәдә күбрәк концентрацияләнүенә китерә.Ләкин, ике SCHE куллану катламның концентрациясенә китерә.4 очракта HTF төбәгендә тизрәк кинетик җаваплар табылды. Моннан тыш, бу төбәктә максималь 100% концентрация дә табылды.Реактор уртасында урнашкан 2-нче юлдан 4-нче очрак температурасы реактор үзәгеннән кала барлык урыннардагы 3-нче температурадан сизелерлек түбән.Бу 4-нче очрак өчен максималь водород концентрациясенә китерә, реактор үзәге янындагы төбәктән кала, HTFдан ерак.Ләкин, 3 нче очракның концентрациясе күп үзгәрмәде.Катламның температурасында һәм концентрациясендә зур аерма ГТС подъезд янындагы 3 нче юлда күзәтелде.4 очракта катламның температурасы сизелерлек кимеде, нәтиҗәдә бу төбәктә водородның иң зур концентрациясе барлыкка килде, шул ук вакытта концентрация сызыгы үзгәрүчән иде.Бу SCHE җылылык тапшыруның тизләнеше белән бәйле.Өстәмә бүлектә MH катламының һәм HTF торбасының уртача температурасын чагыштыру турында детальләр һәм дискуссия бирелгән.
Металл гидрид реакторындагы сайланган урыннарда температура профиле һәм карават концентрациясе.а) 3 нче очрак өчен сайланган урыннар, б) 4 нче очрак өчен сайланган урыннар, һәм в) 3 һәм 4 очракларда водород алу процессы өчен 20,000 сдан соң сайланган урыннарда температура профиле һәм катлам концентрациясе.
Инҗирдә.6-нчы рәсемдә уртача карават температурасы (6а рәсемне кара) һәм водород концентрациясе (6-нчы рәсемне кара) HCH һәм SHE үзләштерү өчен чагыштыру күрсәтелә.Бу рәсемнән күренеп тора, җылылык алмашу өлкәсенең артуы аркасында MG катламының температурасы сизелерлек кими.Реактордан күбрәк җылылыкны чыгару водородның югары тизлегенә китерә.Ике җылылык алмаштыргыч конфигурациясе 3 вариант белән HCHE куллану белән чагыштырганда бер үк күләмдә булса да, 4-нче вариант нигезендә SCHE-ның водород алу вакыты 59% ка кимеде.Төгәлрәк анализ ясау өчен, ике җылылык алмаштыргыч конфигурациясе өчен водород концентрацияләре 7 нче рәсемдә изолиннар рәвешендә күрсәтелә. Бу рәсем шуны күрсәтә: ике очракта да водород түбәннән HTF кертү тирәсендә үзләштерелә башлый.Higherгары концентрацияләр HTF төбәгендә табылды, ә түбән концентрацияләр MH реактор үзәгендә җылылык алмаштыргычтан ерак булганга күзәтелде.10,000 сдан соң, 4 очракта водород концентрациясе 3 очрак белән чагыштырганда зуррак. 20,000 секундтан соң, реактордагы водород концентрациясе 4 очракта 90% ка күтәрелде, 4 очракта 50% водород белән чагыштырганда. Бу булырга мөмкин. ике SCHEны берләштерүнең югары эффектив суыту сыйдырышлыгына, нәтиҗәдә MH катламы эчендә түбән температура барлыкка килә.Нәтиҗәдә, тигезлек басымы MG катламы эченә төшә, бу водородның тизрәк үзләштерүенә китерә.
3-нче очрак һәм 4-нче очрак, уртача җылылык температурасы һәм водород концентрациясен ике җылылык алмаштыргыч конфигурациясе арасында чагыштыру.
Водород концентрациясен чагыштыру 500, 2000, 5000, 10000 һәм 20000 sдан соң водородны үзләштерү процессы башланганнан соң 3 һәм 4 очракта.
5 нче таблицада барлык очраклар өчен водород алу вакыты күрсәтелгән.Моннан тыш, таблицада шулай ук процент буларак күрсәтелгән водородның үзләштерү вакыты күрсәтелә.Бу процент 1-нче очракның үзләштерү вакыты нигезендә исәпләнә. Бу таблицадан HHE кулланган MH реакторының үзләштерү вакыты якынча 45,000 - 46,000 s, һәм SCHEны да кертеп, үзләштерү вакыты якынча 18,000 - 19,000 s.1-нче очрак белән чагыштырганда, 2-нче һәм 3-нче очракларда үзләштерү вакыты тиешенчә 1,6% һәм 2,7% кыскартылды.HCHE урынына SCHE кулланганда, үзләштерү вакыты 4-нче очрактан 6-нчы очракка кадәр 58% -тан 61% -ка кадәр кыскартылды.Билгеле, SCHEны MH реакторына өстәү водородны үзләштерү процессын һәм MH реакторының эшләвен яхшырта.МГ реакторы эчендә җылылык алмаштыргыч урнаштыру саклау сыйфатын киметсә дә, бу технология башка технологияләр белән чагыштырганда җылылык җибәрүдә сизелерлек камилләштерү тәэмин итә.Шулай ук, тон бәясен киметү SCHE күләмен арттырачак, нәтиҗәдә МГ күләменең кимүенә китерәчәк.Иң югары SCHE күләме булган 6 очракта, MH күләмле сыйдырышлыгы иң түбән HCHE күләме булган 1 очрак белән чагыштырганда 5% ка кимеде.Моннан тыш, үзләштерү вакытында, 6-нчы очрак тизрәк һәм яхшырак күрсәткеч күрсәтте, үзләштерү вакытын 61% киметү.Шуңа күрә сизгерлек анализында алга таба тикшерү өчен 6 очрак сайланды.Әйтергә кирәк, водородны озын тоту вакыты якынча 2000 см3 булган саклагыч белән бәйле.
Реакция вакытында эшләү параметрлары - реаль шартларда MH реакторының эшенә уңай яки тискәре йогынты ясаучы мөһим факторлар.Бу тикшерү MH реакторы өчен SCHE белән берлектә тиешле башлангыч эш параметрларын билгеләү өчен сизгерлек анализын карый, һәм бу бүлек 6 очракта оптималь реактор конфигурациясе нигезендә дүрт төп эш параметрын тикшерә, барлык эш шартлары нәтиҗәләре күрсәтелгән 8 нче рәсем.
Ярым цилиндрик кәтүк белән җылылык алмаштыргыч кулланганда төрле эш шартларында водород концентрациясе графигы.а) йөкләү басымы, б) баштагы карават температурасы, в) суыткыч Рейнольдс саны, һәм г) суыткыч кертү температурасы.
Даими башлангыч температура 573 К һәм Рейнольдс саны 14000 булган суыткыч агым тизлегенә нигезләнеп, дүрт төрле йөкләү басымы сайланды: 1,2 MPa, 1.8 MPa, 2.4 MPa, һәм 3.0 MPa.Инҗирдә.8а вакыт эчендә водород концентрациясенә басым һәм SCHE йөкләү тәэсирен күрсәтә.Йөкләү басымы арту белән үзләштерү вакыты кими.1,2 МПа кулланылган водород басымын куллану - водородны үзләштерү процессы өчен иң начар очрак, һәм 90% водород үзләштерүгә ирешү өчен үзләштерү озынлыгы 26,000 стан артып китә.Ләкин, югарырак йөкләү басымы үзләштерү вакытының 32-42% кимүенә китерде, 1,8 дән 3.0 MPa.Бу водородның башлангыч басымы белән бәйле, бу тигезлек басымы белән кулланылган басым арасында зуррак аермага китерә.Шуңа күрә, водород алу кинетикасы өчен зур этәргеч көче тудыра.Беренче мизгелдә тигезлек басымы белән кулланылган басым арасындагы зур аерма аркасында водород газы тиз үзләштерелә57.3.0 MPa йөкләү басымында 18% водород беренче 10 секунд эчендә тиз җыелды.Водород реакторларның 90% -ында соңгы этапта 15460 с сакланган.Ләкин, 1,2 - 1,8 МПа йөкләү басымында, үзләштерү вакыты 32% ка кимеде.Башка югары басымнар үзләштерү вакытын яхшыртуга аз тәэсир иттеләр.Шуңа күрә, MH-SCHE реакторының йөкләү басымы 1,8 MPa булырга тиеш.Өстәмә бүлектә водород концентрациясе контурлары күрсәтелә, 15500 с.
МГ реакторының башлангыч температурасын сайлау водородның adsorbsion процессына тәэсир итүче төп факторларның берсе, чөнки ул гидрид формалашу реакциясенең этәргеч көченә тәэсир итә.SCHEның MH реакторының башлангыч температурасына тәэсирен өйрәнү өчен, 1,8 MPa даими йөкләү басымында дүрт төрле температура һәм Рейнольдс саны 14,000 HTF сайланды.Инҗирдә.Рәсем 8б төрле башлангыч температураларны чагыштыруны күрсәтә, шул исәптән 473К, 523К, 573К, һәм 623К.Чынлыкта, температура 230 ° C яки 503K58-тан югарырак булганда, Mg2Ni эретмәсе водородны үзләштерү процессы өчен эффектив үзенчәлекләргә ия.Ләкин водород салуның беренче мизгелендә температура тиз күтәрелә.Димәк, MG катламының температурасы 523 Ктан артып китәчәк, шуңа күрә, үзләштерү темпының артуы аркасында гидридлар формалашу җиңеләйтелә53.Инҗирдән.8б рәсеменнән күренеп тора, водород МБ катламының башлангыч температурасы кимегәндә тизрәк үзләштерелә.Түбән тигезлек басымы башлангыч температура түбән булганда барлыкка килә.Тигезлек басымы белән кулланылган басым арасындагы басым аермасы никадәр зур булса, водородның үзләштерү процессы тизрәк.473 К башлангыч температурада водород беренче 18 секунд эчендә 27% ка кадәр тиз үзләштерелә.Моннан тыш, сеңдерү вакыты шулай ук түбән температурада 623 К температурасы белән чагыштырганда 11% тан 24% ка кадәр киметелде, 473 К иң түбән температурада үзләштерү вакыты 15247 с, бу иң яхшыга охшаган йөкләү басымы, ләкин, температураның реактор температурасының кимүе водород саклау сыйфатын киметүгә китерә.MN реакторының башлангыч температурасы ким дигәндә 503 K53 булырга тиеш.Моннан тыш, 573 K53 башлангыч температурада водород саклау максималь сыйдырышлыгына 3,6 вт% ирешергә мөмкин.Водород саклау сыйфаты һәм үзләштерү озынлыгы ягыннан 523 - 573 К арасындагы температура вакытны 6% ка кыскарта.Шуңа күрә, 573 К температурасы MH-SCHE реакторының башлангыч температурасы буларак тәкъдим ителә.Ләкин, башлангыч температураның үзләштерү процессына йогынтысы йөкләү басымы белән чагыштырганда азрак булган.Өстәмә бүлектә водород концентрациясенең контурлары төрле башлангыч температуралар өчен 15500 с.
Агым тизлеге водородлаштыру һәм дегидрогенациянең төп параметрларының берсе, чөнки ул турбулентлыкка, җылылыкны бетерүгә яки водородлаштыру һәм дегидрогенация вакытында кертүгә тәэсир итә ала59.Flowгары агым темплары турбулентлы этаплар тудырачак һәм HTF торбасы аша тизрәк сыеклык агымына китерәчәк.Бу реакция тизрәк җылылык үткәрүгә китерәчәк.HTF өчен төрле керү тизлекләре Рейнольдс 10,000, 14,000, 18,000, һәм 22,000 саннарына карап исәпләнә.MG катламының башлангыч температурасы 573 К, йөкләү басымы 1,8 MPa.Инҗир нәтиҗәләре.8c күрсәтә, югары Рейнольдс номерын SCHE белән берлектә куллану югары күтәрелешкә китерә.Рейнольдс саны 10,000 дән 22,000гә арткан саен, үзләштерү вакыты якынча 28-50% кими.22,000 санлы Рейнольдсның үзләштерү вакыты - 12505 секунд, бу төрле башлангыч температура һәм басым белән чагыштырганда азрак.Өстәмә бүлектә GTP өчен төрле Рейнольдс номерлары өчен водород концентрациясе контурлары тәкъдим ителә.
SCHEның HTF башлангыч температурасына тәэсире анализлана һәм 8 нче рәсемдә күрсәтелә.Башлангыч MG температурасы 573 К һәм водород йөкләү басымы 1,8 МПа булганда, бу анализ өчен дүрт башлангыч температура сайланды: 373 К, 473 К, 523 К, һәм 573 К 8д суыткыч температурасының кимүен күрсәтә. кертүдә үзләштерү вакытының кимүенә китерә.573 К температурасы булган төп очрак белән чагыштырганда, 523 К, 473 К һәм 373 К температурасы өчен үзләштерү вакыты якынча 20%, 44% һәм 56% кыскартылды.6917 с температурада GTFның башлангыч температурасы 373 К, реактордагы водород концентрациясе 90% тәшкил итә.Моны MG катламы һәм HCS арасында көчәйтелгән конвектив җылылык үткәрү белән аңлатырга мөмкин.Түбән HTF температурасы җылылыкның таралуын арттырачак һәм водородның артуына китерәчәк.Барлык эш параметрлары арасында, HT-кертү температурасын күтәреп, MH-SCHE реакторының эшләвен яхшырту иң кулай ысул булды, чөнки үзләштерү процессының соңгы вакыты 7000 s-тан ким булмаган, ә башка ысулларның иң кыска үзләштерү вакыты күбрәк булган 10000 с.Водород концентрациясе контурлары GTPның төрле башлангыч температуралары өчен 7000 с.
Бу тикшеренү беренче тапкыр металл гидрид саклау җайланмасына интеграцияләнгән яңа ярым цилиндрик кәтүк җылылык алмаштыргычын тәкъдим итә.Тәкъдим ителгән системаның водородны үзләштерү сәләте җылылык алмаштыргычның төрле конфигурацияләре белән тикшерелде.Эшләү параметрларының металл гидрид катламы һәм суыткыч арасындагы җылылык алмашуына тәэсире яңа җылылык алмаштыргыч ярдәмендә металл гидридларны саклау өчен оптималь шартлар табу өчен тикшерелде.Бу тикшерүнең төп нәтиҗәләре түбәндәгечә ясала:
Ярым цилиндрик кәтүк җылылык алмаштыргыч ярдәмендә җылылык үткәрү эше яхшыра, чөнки ул магний катлам реакторында бертөрле җылылык таратуга ия, нәтиҗәдә водородның үзләштерү темплары яхшырак.Heatылылык алмашу трубасы һәм металл гидрид күләме үзгәрешсез калса, үзләштерү реакция вакыты гадәти күмелгән кәтүк җылылык алмаштыргыч белән чагыштырганда 59% ка киметелә.
Пост вакыты: 15-2023 гыйнвар