Grazzi talli żort Nature.com.Qed tuża verżjoni tal-browser b'appoġġ limitat CSS.Għall-aħjar esperjenza, nirrakkomandaw li tuża browser aġġornat (jew tiddiżattiva l-Modalità ta' Kompatibbiltà fl-Internet Explorer).Barra minn hekk, biex niżguraw appoġġ kontinwu, aħna nuru s-sit mingħajr stili u JavaScript.
Juri karużell ta' tliet slides f'daqqa.Uża l-buttuni Preċedenti u Li jmiss biex timxi minn tliet slides kull darba, jew uża l-buttuni slider fl-aħħar biex timxi minn tliet slides kull darba.
Idruri tal-metall (MH) huma rikonoxxuti bħala wieħed mill-aktar gruppi ta 'materjali adattati għall-ħażna tal-idroġenu minħabba l-kapaċità kbira tagħhom ta' ħażna tal-idroġenu, pressjoni operattiva baxxa u sigurtà għolja.Madankollu, il-kinetika tal-assorbiment tal-idroġenu kajman tagħhom tnaqqas ħafna l-prestazzjoni tal-ħażna.Tneħħija aktar mgħaġġla tas-sħana mill-ħażna MH jista 'jkollha rwol importanti fiż-żieda tar-rata ta' teħid ta 'idroġenu tagħha, li tirriżulta f'rendiment imtejjeb tal-ħażna.F'dan ir-rigward, dan l-istudju kien immirat biex itejjeb il-karatteristiċi tat-trasferiment tas-sħana sabiex jinfluwenza b'mod pożittiv ir-rata ta 'assorbiment ta' idroġenu tas-sistema ta 'ħażna MH.Il-coil semi-ċilindriku l-ġdid ġie żviluppat u ottimizzat għall-ewwel darba għall-ħażna tal-idroġenu u inkorporat bħala skambjatur intern tal-arja bħala sħana (HTF).Ibbażat fuq id-daqsijiet taż-żift differenti, l-effett tal-konfigurazzjoni l-ġdida tal-iskambjatur tas-sħana huwa analizzat u mqabbel mal-ġeometrija konvenzjonali tal-koljatura helical.Barra minn hekk, il-parametri operattivi tal-ħażna ta 'MG u GTP ġew studjati numerikament biex jinkisbu l-aħjar valuri.Għal simulazzjoni numerika, jintuża ANSYS Fluent 2020 R2.Ir-riżultati ta 'dan l-istudju juru li l-prestazzjoni ta' tank tal-ħażna MH tista 'tittejjeb b'mod sinifikanti bl-użu ta' skambjatur tas-sħana ta 'coil semi-ċilindriku (SCHE).Meta mqabbel ma 'skambjaturi tas-sħana tal-coil spirali konvenzjonali, it-tul ta' żmien tal-assorbiment tal-idroġenu jitnaqqas b'59%.L-iżgħar distanza bejn il-coils SCHE rriżultat fi tnaqqis ta '61% fil-ħin ta' assorbiment.Fir-rigward tal-parametri operattivi tal-ħażna tal-MG bl-użu ta 'SHE, il-parametri kollha magħżula jwasslu għal titjib sinifikanti fil-proċess ta' assorbiment tal-idroġenu, speċjalment it-temperatura fid-daħla tal-HTS.
Hemm tranżizzjoni globali minn enerġija bbażata fuq fjuwils fossili għal enerġija rinnovabbli.Minħabba li ħafna forom ta 'enerġija rinnovabbli jipprovdu enerġija b'mod dinamiku, il-ħażna tal-enerġija hija meħtieġa biex tibbilanċja t-tagħbija.Il-ħażna tal-enerġija bbażata fuq l-idroġenu ġibdet ħafna attenzjoni għal dan il-għan, speċjalment minħabba li l-idroġenu jista 'jintuża bħala fjuwil alternattiv "aħdar" u trasportatur tal-enerġija minħabba l-proprjetajiet u l-portabbiltà tiegħu.Barra minn hekk, l-idroġenu joffri wkoll kontenut ta' enerġija ogħla għal kull unità ta' massa meta mqabbel mal-fjuwils fossili2.Hemm erba 'tipi ewlenin ta' ħażna ta 'enerġija ta' l-idroġenu: ħażna ta 'gass kompressat, ħażna taħt l-art, ħażna ta' likwidu u ħażna solida.L-idroġenu kompressat huwa t-tip ewlieni użat f'vetturi taċ-ċelloli tal-fjuwil bħal karozzi tal-linja u forklifts.Madankollu, din il-ħażna tipprovdi densità ta 'massa baxxa ta' idroġenu (madwar 0.089 kg/m3) u għandha kwistjonijiet ta 'sikurezza assoċjati ma' pressjoni operattiva għolja3.Ibbażat fuq proċess ta 'konverżjoni f'temperatura u pressjoni ambjentali baxxa, il-ħażna tal-likwidu se taħżen l-idroġenu f'forma likwida.Madankollu, meta jiġi likwifikat, tintilef madwar 40% tal-enerġija.Barra minn hekk, din it-teknoloġija hija magħrufa li hija aktar intensiva fl-enerġija u fix-xogħol meta mqabbla mat-teknoloġiji tal-ħażna tal-istat solidu4.Il-ħażna solida hija għażla vijabbli għal ekonomija tal-idroġenu, li taħżen l-idroġenu billi tinkorpora l-idroġenu f'materjali solidi permezz tal-assorbiment u tirrilaxxa l-idroġenu permezz tad-desorbiment.L-idrur tal-metall (MH), teknoloġija ta 'ħażna ta' materjal solidu, huwa ta 'interess reċenti fl-applikazzjonijiet taċ-ċelloli tal-fjuwil minħabba l-kapaċità għolja ta' l-idroġenu tiegħu, il-pressjoni operattiva baxxa, u l-ispiża baxxa meta mqabbla mal-ħażna tal-likwidu, u huwa adattat għal applikazzjonijiet stazzjonarji u mobbli6,7 F' Barra minn hekk, materjali MH jipprovdu wkoll proprjetajiet ta 'sikurezza bħal ħażna effiċjenti ta' kapaċità kbira8.Madankollu, hemm problema li tillimita l-produttività tal-MG: il-konduttività termali baxxa tar-reattur MG twassal għal assorbiment bil-mod u desorbiment tal-idroġenu.
It-trasferiment xieraq tas-sħana waqt reazzjonijiet eżotermiċi u endotermiċi huwa ċ-ċavetta għat-titjib tal-prestazzjoni tar-reatturi MH.Għall-proċess tat-tagħbija tal-idroġenu, is-sħana ġġenerata għandha titneħħa mir-reattur sabiex tikkontrolla l-fluss tat-tagħbija tal-idroġenu bir-rata mixtieqa b'kapaċità massima ta 'ħażna.Minflok, is-sħana hija meħtieġa biex tiżdied ir-rata tal-evoluzzjoni tal-idroġenu waqt il-ħruġ.Sabiex tittejjeb il-prestazzjoni tat-trasferiment tas-sħana u l-massa, ħafna riċerkaturi studjaw id-disinn u l-ottimizzazzjoni bbażati fuq fatturi multipli bħal parametri operattivi, struttura MG, u ottimizzazzjoni MG11.L-ottimizzazzjoni MG tista 'ssir billi żżid materjali ta' konduttività termali għolja bħal metalli tal-fowm għal saffi MG 12,13.Għalhekk, il-konduttività termali effettiva tista 'tiżdied minn 0.1 sa 2 W/mK10.Madankollu, iż-żieda ta 'materjali solidi tnaqqas b'mod sinifikanti l-qawwa tar-reattur MN.Fir-rigward tal-parametri operattivi, jista 'jinkiseb titjib billi jiġu ottimizzati l-kundizzjonijiet operattivi inizjali tas-saff MG u l-likwidu li jkessaħ (HTF).L-istruttura tal-MG tista 'tiġi ottimizzata minħabba l-ġeometrija tar-reattur u d-disinn tal-iskambjatur tas-sħana.Rigward il-konfigurazzjoni tal-iskambjatur tas-sħana tar-reattur MH, il-metodi jistgħu jinqasmu f'żewġ tipi.Dawn huma skambjaturi tas-sħana interni mibnija fis-saff MO u skambjaturi tas-sħana esterni li jkopru s-saff MO bħal xewk, ġkieket li jkessħu u banjijiet tal-ilma.Fir-rigward tal-iskambjatur tas-sħana estern, Kaplan16 analizza l-operat tar-reattur MH, billi juża ilma li jkessaħ bħala ġakketta biex titnaqqas it-temperatura ġewwa r-reattur.Ir-riżultati tqabblu ma 'reattur ta' 22 round fin u reattur ieħor imkessaħ b'konvezzjoni naturali.Huma jiddikjaraw li l-preżenza ta 'ġakketta li tkessaħ tnaqqas b'mod sinifikanti t-temperatura tal-MH, u b'hekk tiżdied ir-rata ta' assorbiment.Studji numeriċi tar-reattur MH miksi bl-ilma minn Patil u Gopal17 wrew li l-pressjoni tal-provvista tal-idroġenu u t-temperatura HTF huma parametri ewlenin li jinfluwenzaw ir-rata ta 'assorbiment u desorbiment tal-idroġenu.
Iż-żieda taż-żona tat-trasferiment tas-sħana billi żżid xewk u skambjaturi tas-sħana mibnija fl-MH hija ċ-ċavetta biex tittejjeb il-prestazzjoni tat-trasferiment tas-sħana u tal-massa u għalhekk il-prestazzjoni tal-ħażna tal-MH18.Diversi konfigurazzjonijiet interni ta 'skambjatur tas-sħana (tubu dritt u coil spirali) ġew iddisinjati biex jiċċirkolaw il-likwidu li jkessaħ fir-reattur MH19,20,21,22,23,24,25,26.Bl-użu ta 'skambjatur tas-sħana intern, il-likwidu li jkessaħ jew li jsaħħan se jittrasferixxi s-sħana lokali ġewwa r-reattur MH matul il-proċess ta' adsorbiment tal-idroġenu.Raju u Kumar [27] użaw diversi tubi dritti bħala skambjaturi tas-sħana biex itejbu l-prestazzjoni tal-MG.Ir-riżultati tagħhom wrew li l-ħinijiet ta 'assorbiment tnaqqsu meta tubi dritti kienu użati bħala skambjaturi tas-sħana.Barra minn hekk, l-użu ta 'tubi dritti jqassar il-ħin tad-desorbiment tal-idroġenu28.Rati ogħla tal-fluss tal-likwidu li jkessaħ iżidu r-rata tal-iċċarġjar u l-ħatt tal-idroġenu29.Madankollu, iż-żieda fin-numru ta 'tubi tat-tkessiħ għandha effett pożittiv fuq il-prestazzjoni MH aktar milli r-rata tal-fluss tal-likwidu li jkessaħ30,31.Raju et al.32 użaw LaMi4.7Al0.3 bħala materjal MH biex jistudja l-prestazzjoni ta 'skambjaturi tas-sħana b'ħafna tubi f'reatturi.Huma rrappurtaw li l-parametri operattivi kellhom effett sinifikanti fuq il-proċess ta 'assorbiment, speċjalment il-pressjoni tal-għalf u mbagħad ir-rata tal-fluss tal-HTF.Madankollu, it-temperatura ta 'assorbiment irriżulta li kienet inqas kritika.
Il-prestazzjoni tar-reattur MH titjieb aktar bl-użu ta 'skambjatur tas-sħana tal-coil spirali minħabba t-trasferiment tas-sħana mtejjeb tiegħu meta mqabbel ma' tubi dritti.Dan għaliex iċ-ċiklu sekondarju jista 'jneħħi aħjar is-sħana mir-reattur25.Barra minn hekk, it-tubi spirali jipprovdu erja tal-wiċċ kbira għat-trasferiment tas-sħana mis-saff MH għall-likwidu li jkessaħ.Meta dan il-metodu jiġi introdott ġewwa r-reattur, id-distribuzzjoni tat-tubi tal-iskambju tas-sħana hija wkoll aktar uniformi33.Wang et al.34 studja l-effett tat-tul tal-assorbiment tal-idroġenu billi żied kojl helical ma 'reattur MH.Ir-riżultati tagħhom juru li hekk kif il-koeffiċjent tat-trasferiment tas-sħana tal-likwidu li jkessaħ jiżdied, il-ħin ta 'assorbiment jonqos.Wu et al.25 investigat il-prestazzjoni tar-reatturi MH bbażati fuq Mg2Ni u l-iskambjaturi tas-sħana tal-coiled coil.L-istudji numeriċi tagħhom urew tnaqqis fil-ħin ta 'reazzjoni.It-titjib tal-mekkaniżmu tat-trasferiment tas-sħana fir-reattur MN huwa bbażat fuq proporzjon iżgħar ta 'pitch tal-kamin għal żift tal-kamin u żift tal-kamin mingħajr dimensjoni.Studju sperimentali minn Mellouli et al.21 bl-użu ta 'coiled coil bħala skambjatur tas-sħana intern wera li t-temperatura tal-bidu tal-HTF għandha effett sinifikanti fuq it-titjib tal-assorbiment tal-idroġenu u l-ħin tad-desorbiment.Kombinazzjonijiet ta 'skambjaturi tas-sħana interni differenti twettqu f'diversi studji.Eisapur et al.35 studja l-ħażna tal-idroġenu bl-użu ta 'skambjatur tas-sħana tal-coil spirali b'tubu tar-ritorn ċentrali biex itejjeb il-proċess ta' assorbiment tal-idroġenu.Ir-riżultati tagħhom urew li t-tubu spirali u t-tubu tar-ritorn ċentrali jtejbu b'mod sinifikanti t-trasferiment tas-sħana bejn il-likwidu li jkessaħ u l-MG.Iż-żift iżgħar u d-dijametru akbar tat-tubu spirali jżidu r-rata tat-trasferiment tas-sħana u tal-massa.Ardahaie et al.36 użaw tubi spirali ċatti bħala skambjaturi tas-sħana biex itejbu t-trasferiment tas-sħana fi ħdan ir-reattur.Huma rrappurtaw li t-tul ta 'assorbiment tnaqqas billi żied in-numru ta' pjani ta 'tubi spirali ċċattjati.Kombinazzjonijiet ta 'skambjaturi tas-sħana interni differenti twettqu f'diversi studji.Dhau et al.37 tejbet il-prestazzjoni tal-MH bl-użu ta 'skambjatur tas-sħana tal-coil coiled u xewk.Ir-riżultati tagħhom juru li dan il-metodu jnaqqas il-ħin tal-mili tal-idroġenu b'fattur ta '2 meta mqabbel mal-każ mingħajr xewk.Ix-xewk annulari huma kkombinati ma 'tubi li jkessħu u mibnija fir-reattur MN.Ir-riżultati ta 'dan l-istudju juru li dan il-metodu magħqud jipprovdi trasferiment tas-sħana aktar uniformi meta mqabbel mar-reattur MH mingħajr xewk.Madankollu, il-kombinazzjoni ta 'skambjaturi tas-sħana differenti se taffettwa b'mod negattiv il-piż u l-volum tar-reattur MH.Wu et al.18 qabblu konfigurazzjonijiet differenti tal-iskambjatur tas-sħana.Dawn jinkludu tubi dritti, xewk u spirali coils.L-awturi jirrappurtaw li l-coils spirali jipprovdu l-aħjar titjib fit-trasferiment tas-sħana u tal-massa.Barra minn hekk, meta mqabbla ma 'tubi dritti, tubi coiled, u tubi dritti flimkien ma' tubi coiled, coils doppji għandhom effett aħjar fuq it-titjib tat-trasferiment tas-sħana.Studju minn Sekhar et al.40 wera li titjib simili fl-assorbiment tal-idroġenu nkiseb bl-użu ta 'coil spirali bħala l-iskambjatur tas-sħana intern u ġakketta tat-tkessiħ esterna bil-pinen.
Mill-eżempji msemmija hawn fuq, l-użu ta 'coils spirali bħala skambjaturi tas-sħana interni jipprovdi titjib aħjar fit-trasferiment tas-sħana u tal-massa minn skambjaturi tas-sħana oħra, speċjalment tubi dritti u xewk.Għalhekk, l-għan ta 'dan l-istudju kien li jkompli jiżviluppa l-coil spirali biex itejjeb il-prestazzjoni tat-trasferiment tas-sħana.Għall-ewwel darba, ġie żviluppat coil semi-ċilindriku ġdid ibbażat fuq il-coil helical tal-ħażna MH konvenzjonali.Dan l-istudju huwa mistenni li jtejjeb il-prestazzjoni tal-ħażna tal-idroġenu billi jikkunsidra disinn ġdid tal-iskambjatur tas-sħana b'tqassim aħjar taż-żona tat-trasferiment tas-sħana pprovdut minn volum kostanti ta 'sodda MH u tubi HTF.Il-prestazzjoni tal-ħażna ta 'dan l-iskambjatur tas-sħana ġdid imbagħad tqabbel ma' skambjaturi tas-sħana tal-coil spirali konvenzjonali bbażati fuq pitches ta 'coil differenti.Skont il-letteratura eżistenti, il-kundizzjonijiet operattivi u l-ispazjar tal-koljaturi huma l-fatturi ewlenin li jaffettwaw il-prestazzjoni tar-reatturi MH.Biex jiġi ottimizzat id-disinn ta 'dan l-iskambjatur tas-sħana ġdid, ġie investigat l-effett tal-ispazjar tal-coil fuq il-ħin tal-assorbiment tal-idroġenu u l-volum MH.Barra minn hekk, sabiex tifhem ir-relazzjoni bejn il-koljaturi emi-ċilindriċi ġodda u l-kundizzjonijiet operattivi, għan sekondarju ta 'dan l-istudju kien li jistudja l-karatteristiċi tar-reattur skont firxiet differenti ta' parametri operattivi u jiddetermina l-valuri xierqa għal kull tħaddim. mod.parametru.
Il-prestazzjoni tal-apparat tal-ħażna tal-enerġija tal-idroġenu f'dan l-istudju hija investigata abbażi ta 'żewġ konfigurazzjonijiet tal-iskambjatur tas-sħana (inklużi tubi spirali f'każijiet 1 sa 3 u tubi semi-ċilindriċi f'każijiet 4 sa 6) u analiżi tas-sensittività tal-parametri operattivi.L-operabbiltà tar-reattur MH ġiet ittestjata għall-ewwel darba bl-użu ta 'tubu spirali bħala skambjatur tas-sħana.Kemm il-pajp taż-żejt li jkessaħ kif ukoll il-bastiment tar-reattur MH huma magħmula minn azzar li ma jissaddadx.Għandu jiġi nnutat li d-dimensjonijiet tar-reattur MG u d-dijametru tal-pajpijiet GTF kienu kostanti fil-każijiet kollha, filwaqt li d-daqsijiet tal-pass tal-GTF varjaw.Din it-taqsima tanalizza l-effett tad-daqs taż-żift tal-koljaturi HTF.L-għoli u d-dijametru ta 'barra tar-reattur kienu 110 mm u 156 mm, rispettivament.Id-dijametru tal-pajp taż-żejt li jikkonduċi s-sħana huwa stabbilit għal 6mm.Ara t-Taqsima Supplimentari għal dettalji dwar id-dijagramma taċ-ċirkwit tar-reattur MH b'tubi spirali u żewġ tubi semi-ċilindriċi.
Fuq il-fig.1a turi r-reattur tat-tubu spirali MH u d-dimensjonijiet tiegħu.Il-parametri ġeometriċi kollha huma mogħtija fit-tabella.1. Il-volum totali tal-helix u l-volum taż-ZG huma bejn wieħed u ieħor 100 cm3 u 2000 cm3, rispettivament.Minn dan ir-reattur MH, arja fil-forma ta 'HTF ġiet mitmugħa fir-reattur MH poruż minn taħt permezz ta' tubu spirali, u l-idroġenu ġie introdott mill-wiċċ ta 'fuq tar-reattur.
Karatterizzazzjoni ta 'ġeometriji magħżula għal reatturi tal-idrur tal-metall.a) bi skambjatur tas-sħana tubulari spirali, b) bi skambjatur tas-sħana tubulari semi-ċilindriku.
It-tieni parti teżamina l-operat tar-reattur MH ibbażat fuq tubu semi-ċilindriku bħala skambjatur tas-sħana.Fuq il-fig.1b juri r-reattur MN b'żewġ tubi semi-ċilindriċi u d-dimensjonijiet tagħhom.Tabella 1 telenka l-parametri ġeometriċi kollha ta 'pajpijiet semi-ċilindriċi, li jibqgħu kostanti, bl-eċċezzjoni tad-distanza bejniethom.Għandu jiġi nnutat li t-tubu semi-ċilindriku fil-Każ 4 kien iddisinjat b'volum kostanti ta 'tubu HTF u liga MH fit-tubu koljat (għażla 3).Fir-rigward tal-fig.1b, l-arja ġiet introdotta wkoll mill-qiegħ taż-żewġ tubi semi-ċilindriċi HTF, u l-idroġenu ġie introdott mid-direzzjoni opposta tar-reattur MH.
Minħabba d-disinn il-ġdid tal-iskambjatur tas-sħana, l-iskop ta 'din it-taqsima huwa li tiddetermina l-valuri inizjali xierqa għall-parametri operattivi tar-reattur MH flimkien ma' SCHE.Fil-każijiet kollha, l-arja ntużat bħala likwidu li jkessaħ biex tneħħi s-sħana mir-reattur.Fost iż-żjut tat-trasferiment tas-sħana, l-arja u l-ilma huma komunement magħżula bħala żjut għat-trasferiment tas-sħana għal reatturi MH minħabba l-ispiża baxxa tagħhom u l-impatt ambjentali baxx.Minħabba l-firxa għolja ta 'temperatura operattiva ta' ligi bbażati fuq il-manjeżju, l-arja ġiet magħżula bħala l-likwidu li jkessaħ f'dan l-istudju.Barra minn hekk, għandu wkoll karatteristiċi ta 'fluss aħjar minn metalli likwidi oħra u melħ imdewweb41.Tabella 2 telenka l-proprjetajiet tal-arja f'573 K. Għall-analiżi tas-sensittività f'din it-taqsima, huma applikati biss l-aħjar konfigurazzjonijiet tal-għażliet tal-prestazzjoni MH-SCHE (f'każijiet 4 sa 6).L-istimi f'din it-taqsima huma bbażati fuq diversi parametri operattivi, inkluża t-temperatura inizjali tar-reattur MH, il-pressjoni tat-tagħbija tal-idroġenu, it-temperatura tad-dħul tal-HTF, u n-numru Reynolds ikkalkulat billi tinbidel ir-rata HTF.It-Tabella 3 fiha l-parametri operattivi kollha użati għall-analiżi tas-sensittività.
Din it-taqsima tiddeskrivi l-ekwazzjonijiet kollha ta 'kontroll meħtieġa għall-proċess ta' assorbiment ta 'idroġenu, turbolenza u trasferiment tas-sħana ta' coolants.
Biex tissimplifika s-soluzzjoni tar-reazzjoni tal-assorbiment tal-idroġenu, isiru u jiġu pprovduti s-suppożizzjonijiet li ġejjin;
Matul l-assorbiment, il-proprjetajiet termofiżiċi ta 'l-idroġenu u l-idruri tal-metall huma kostanti.
L-idroġenu huwa meqjus bħala gass ideali, għalhekk il-kundizzjonijiet tal-ekwilibriju termali lokali43,44 jitqiesu.
fejn \({L}_{gass}\) huwa r-raġġ tat-tank, u \({L}_{sħana}\) huwa l-għoli axjali tat-tank.Meta N ikun inqas minn 0.0146, il-fluss tal-idroġenu fit-tank jista 'jiġi injorat fis-simulazzjoni mingħajr żball sinifikanti.Skont ir-riċerka attwali, N huwa ħafna inqas minn 0.1.Għalhekk, l-effett tal-gradjent tal-pressjoni jista 'jiġi traskurat.
Il-ħitan tar-reattur kienu iżolati sew fil-każijiet kollha.Għalhekk, m'hemm l-ebda skambju tas-sħana 47 bejn ir-reattur u l-ambjent.
Huwa magħruf sew li ligi bbażati fuq Mg għandhom karatteristiċi ta 'idroġenazzjoni tajba u kapaċità għolja ta' ħażna ta 'idroġenu sa 7.6 wt%8.F'termini ta 'applikazzjonijiet ta' ħażna ta 'idroġenu fi stat solidu, dawn il-ligi huma magħrufa wkoll bħala materjali ħfief.Barra minn hekk, għandhom reżistenza eċċellenti tas-sħana u proċessabilità tajba8.Fost diversi ligi bbażati fuq Mg, liga MgNi bbażata fuq Mg2Ni hija waħda mill-aktar għażliet adattati għall-ħażna MH minħabba l-kapaċità tagħha ta 'ħażna ta' idroġenu sa 6 wt%.Ligi Mg2Ni jipprovdu wkoll kinetika ta 'assorbiment u desorbiment aktar mgħaġġla meta mqabbla mal-liga MgH48.Għalhekk, Mg2Ni intgħażel bħala l-materjal tal-idrur tal-metall f'dan l-istudju.
L-ekwazzjoni tal-enerġija hija espressa bħala 25 ibbażata fuq il-bilanċ tas-sħana bejn l-idroġenu u l-idrur Mg2Ni:
X huwa l-ammont ta' idroġenu assorbit fuq il-wiċċ tal-metall, l-unità hija \(piż\%\), ikkalkulata mill-ekwazzjoni kinetika \(\frac{dX}{dt}\) waqt l-assorbiment kif ġej49:
fejn \({C}_{a}\) hija r-rata ta' reazzjoni u \({E}_{a}\) hija l-enerġija ta' attivazzjoni.\({P}_{a,eq}\) hija l-pressjoni tal-ekwilibriju ġewwa r-reattur tal-idrur tal-metall matul il-proċess ta’ assorbiment, mogħtija mill-ekwazzjoni ta’ van't Hoff kif ġej25:
Fejn \({P}_{ref}\) hija l-pressjoni ta' referenza ta' 0.1 MPa.\(\Delta H\) u \(\Delta S\) huma l-entalpija u l-entropija tar-reazzjoni, rispettivament.Il-proprjetajiet tal-ligi Mg2Ni u l-idroġenu huma ppreżentati fit-tabella.4. Il-lista msemmija tista' tinstab fit-taqsima supplimentari.
Il-fluss tal-fluwidu huwa kkunsidrat turbolenti minħabba li l-veloċità tiegħu u n-numru ta 'Reynolds (Re) huma 78.75 ms-1 u 14000, rispettivament.F'dan l-istudju, intgħażel mudell ta' turbolenza k-ε li jista' jintlaħaq.Huwa nnutat li dan il-metodu jipprovdi preċiżjoni ogħla meta mqabbel ma 'metodi k-ε oħra, u jeħtieġ ukoll inqas ħin ta' komputazzjoni minn metodi RNG k-ε50,51.Ara t-Taqsima Supplimentari għal dettalji dwar l-ekwazzjonijiet bażiċi għall-fluwidi tat-trasferiment tas-sħana.
Inizjalment, ir-reġim tat-temperatura fir-reattur MN kien uniformi, u l-konċentrazzjoni medja tal-idroġenu kienet 0.043.Huwa preżunt li l-konfini ta 'barra tar-reattur MH huwa iżolat tajjeb.Ligi bbażati fuq il-manjeżju tipikament jeħtieġu temperaturi operattivi ta 'reazzjoni għolja biex jaħżnu u jirrilaxxaw l-idroġenu fir-reattur.Il-liga Mg2Ni teħtieġ firxa ta 'temperatura ta' 523-603 K għal assorbiment massimu u firxa ta 'temperatura ta' 573-603 K għal desorbiment sħiħ52.Madankollu, studji sperimentali minn Muthukumar et al.53 wrew li l-kapaċità massima tal-ħażna ta 'Mg2Ni għall-ħażna tal-idroġenu tista' tinkiseb f'temperatura operattiva ta '573 K, li tikkorrispondi għall-kapaċità teoretika tagħha.Għalhekk, it-temperatura ta '573 K intgħażlet bħala t-temperatura inizjali tar-reattur MN f'dan l-istudju.
Oħloq daqsijiet differenti tal-grilja għall-validazzjoni u riżultati affidabbli.Fuq il-fig.2 turi t-temperatura medja f'postijiet magħżula fil-proċess ta 'assorbiment ta' idroġenu minn erba 'elementi differenti.Ta 'min jinnota li każ wieħed biss ta' kull konfigurazzjoni jintgħażel biex tittestja l-indipendenza tal-grilja minħabba ġeometrija simili.L-istess metodu ta 'malji huwa applikat f'każijiet oħra.Għalhekk, agħżel l-għażla 1 għall-pajp spirali u l-għażla 4 għall-pajp semi-ċilindriku.Fuq il-fig.2a, b turi t-temperatura medja fir-reattur għall-għażliet 1 u 4, rispettivament.It-tliet postijiet magħżula jirrappreżentaw il-kontorni tat-temperatura tas-sodda fin-naħa ta 'fuq, tan-nofs u tal-qiegħ tar-reattur.Ibbażat fuq il-kontorni tat-temperatura fil-postijiet magħżula, it-temperatura medja ssir stabbli u turi ftit bidla fin-numri tal-element 428,891 u 430,599 għall-każijiet 1 u 4, rispettivament.Għalhekk, dawn id-daqsijiet tal-grilja ġew magħżula għal aktar kalkoli komputazzjonali.Informazzjoni dettaljata dwar it-temperatura medja tas-sodda għall-proċess ta' assorbiment ta' idroġenu għal diversi daqsijiet ta' ċelluli u malji suċċessivament raffinati għaż-żewġ każijiet tingħata fit-taqsima supplimentari.
Temperatura medja tas-sodda f'punti magħżula fil-proċess ta 'assorbiment tal-idroġenu f'reattur tal-idrur tal-metall b'numri ta' grilja differenti.(a) Temperatura medja f'postijiet magħżula għall-każ 1 u (b) Temperatura medja f'postijiet magħżula għall-każ 4.
Ir-reattur tal-idrur tal-metall ibbażat fuq Mg f'dan l-istudju ġie ttestjat abbażi tar-riżultati sperimentali ta 'Muthukumar et al.53.Fl-istudju tagħhom, użaw liga Mg2Ni biex jaħżnu l-idroġenu f'tubi tal-istainless steel.Xewk tar-ram jintużaw biex itejbu t-trasferiment tas-sħana ġewwa r-reattur.Fuq il-fig.3a juri paragun tat-temperatura medja tas-sodda tal-proċess ta 'assorbiment bejn l-istudju sperimentali u dan l-istudju.Il-kundizzjonijiet operattivi magħżula għal dan l-esperiment huma: MG temperatura inizjali 573 K u pressjoni tad-dħul 2 MPa.Mill-fig.3a jista 'jintwera b'mod ċar li dan ir-riżultat sperimentali huwa fi qbil tajjeb ma' dak preżenti fir-rigward tat-temperatura medja tas-saff.
Verifika tal-mudell.(a) Verifika tal-kodiċi tar-reattur tal-idrur tal-metall Mg2Ni billi tqabbel l-istudju attwali max-xogħol sperimentali ta 'Muthukumar et al.52, u (b) verifika tal-mudell tal-fluss turbulenti tat-tubu spirali billi tqabbel l-istudju attwali ma' dak ta 'Kumar et al. .Riċerka.54.
Biex jiġi ttestjat il-mudell tat-taqlib, ir-riżultati ta 'dan l-istudju tqabblu mar-riżultati sperimentali ta' Kumar et al.54 biex tikkonferma l-korrettezza tal-mudell ta 'turbolenza magħżul.Kumar et al.54 studjaw fluss turbulenti fi skambjatur tas-sħana spirali ta 'tubu fil-pajp.L-ilma jintuża bħala fluwidu sħun u kiesaħ injettat minn naħat opposti.It-temperaturi tal-likwidu sħun u kiesaħ huma 323 K u 300 K, rispettivament.In-numri Reynolds ivarjaw minn 3100 sa 5700 għal likwidi sħan u minn 21,000 sa 35,000 għal likwidi kesħin.In-numri Dean huma 550-1000 għal likwidi sħan u 3600-6000 għal likwidi kesħin.Id-dijametri tal-pajp ta 'ġewwa (għall-likwidu sħun) u l-pajp ta' barra (għall-likwidu kiesaħ) huma 0.0254 m u 0.0508 m, rispettivament.Id-dijametru u l-pitch tal-coil helical huma 0.762 m u 0.100 m, rispettivament.Fuq il-fig.3b juri paragun tar-riżultati sperimentali u attwali għal diversi pari ta 'numri Nusselt u Dean għall-likwidu li jkessaħ fit-tubu ta' ġewwa.Ġew implimentati tliet mudelli ta 'turbolenza differenti u mqabbla ma' riżultati sperimentali.Kif muri fil-fig.3b, ir-riżultati tal-mudell ta 'turbolenza k-ε li jista' jintlaħaq huma fi qbil tajjeb mad-dejta sperimentali.Għalhekk, dan il-mudell intgħażel f'dan l-istudju.
Simulazzjonijiet numeriċi f'dan l-istudju saru bl-użu ta' ANSYS Fluent 2020 R2.Ikteb Funzjoni Iddefinita mill-Utent (UDF) u użaha bħala t-terminu ta' input tal-ekwazzjoni tal-enerġija biex tikkalkula l-kinetika tal-proċess ta' assorbiment.Iċ-ċirkwit PRESTO55 u l-metodu PISO56 jintużaw għall-komunikazzjoni tal-veloċità tal-pressjoni u l-korrezzjoni tal-pressjoni.Agħżel bażi taċ-ċelluli Greene-Gauss għall-gradjent varjabbli.L-ekwazzjonijiet tal-momentum u tal-enerġija huma solvuti bil-metodu tar-riħ tat-tieni ordni.Fir-rigward tal-koeffiċjenti ta 'rilassament baxx, il-komponenti tal-pressjoni, il-veloċità u l-enerġija huma ssettjati għal 0.5, 0.7, u 0.7, rispettivament.Il-funzjonijiet tal-ħajt standard huma applikati għall-HTF fil-mudell tat-turbolenza.
Din it-taqsima tippreżenta r-riżultati ta 'simulazzjonijiet numeriċi ta' trasferiment tas-sħana interna mtejba ta 'reattur MH bl-użu ta' skambjatur tas-sħana tal-coiled coiled (HCHE) u skambjatur tas-sħana tal-coil helical (SCHE) waqt l-assorbiment tal-idroġenu.L-effett taż-żift HTF fuq it-temperatura tas-sodda tar-reattur u t-tul tal-assorbiment ġie analizzat.Il-parametri operattivi ewlenin tal-proċess ta 'assorbiment huma studjati u ppreżentati fit-taqsima tal-analiżi tas-sensittività.
Biex jiġi investigat l-effett tal-ispazjar tal-coil fuq it-trasferiment tas-sħana f'reattur MH, ġew investigati tliet konfigurazzjonijiet tal-iskambjaturi tas-sħana b'pitches differenti.It-tliet pitches differenti ta '15mm, 12.86mm u 10mm huma nominati body 1, body 2 u body 3 rispettivament.Għandu jiġi nnutat li d-dijametru tal-pajp kien iffissat f'6 mm f'temperatura inizjali ta '573 K u pressjoni tat-tagħbija ta' 1.8 MPa fil-każijiet kollha.Fuq il-fig.4 juri t-temperatura medja tas-sodda u l-konċentrazzjoni ta 'l-idroġenu fis-saff MH matul il-proċess ta' assorbiment ta 'idroġenu f'każijiet 1 sa 3. Tipikament, ir-reazzjoni bejn l-idrur tal-metall u l-idroġenu hija eżotermika għall-proċess ta 'assorbiment.Għalhekk, it-temperatura tas-sodda togħla malajr minħabba l-mument inizjali meta l-idroġenu jiġi introdott għall-ewwel darba fir-reattur.It-temperatura tas-sodda tiżdied sakemm tilħaq valur massimu u mbagħad tonqos gradwalment hekk kif is-sħana tinġarr mill-likwidu li jkessaħ, li għandu temperatura aktar baxxa u jaġixxi bħala likwidu li jkessaħ.Kif muri fil-fig.4a, minħabba l-ispjegazzjoni preċedenti, it-temperatura tas-saff tiżdied malajr u tonqos kontinwament.Il-konċentrazzjoni ta 'l-idroġenu għall-proċess ta' assorbiment hija ġeneralment ibbażata fuq it-temperatura tas-sodda tar-reattur MH.Meta t-temperatura medja tas-saff tinżel għal ċertu temperatura, il-wiċċ tal-metall jassorbi l-idroġenu.Dan huwa dovut għall-aċċelerazzjoni tal-proċessi ta 'fiżisorbiment, kimiassorbiment, diffużjoni tal-idroġenu u l-formazzjoni tal-idridi tiegħu fir-reattur.Mill-fig.4b jista 'jidher li r-rata ta' assorbiment ta 'idroġenu fil-każ 3 hija aktar baxxa minn f'każijiet oħra minħabba l-valur tal-pass iżgħar tal-iskambjatur tas-sħana tal-coil.Dan jirriżulta f'tul ġenerali tal-pajp itwal u żona akbar ta 'trasferiment tas-sħana għall-pajpijiet HTF.B'konċentrazzjoni medja ta 'idroġenu ta' 90%, il-ħin ta 'assorbiment għall-Każ 1 huwa 46,276 sekonda.Meta mqabbel mat-tul tal-assorbiment fil-każ 1, it-tul tal-assorbiment fil-każijiet 2 u 3 tnaqqas b'724 s u 1263 s, rispettivament.Is-sezzjoni supplimentari tippreżenta l-kontorni tal-konċentrazzjoni tat-temperatura u l-idroġenu għal postijiet magħżula fis-saff HCHE-MH.
Influwenza tad-distanza bejn il-koljaturi fuq it-temperatura medja tas-saff u l-konċentrazzjoni tal-idroġenu.(a) Temperatura medja tas-sodda għal kojls helical, (b) konċentrazzjoni ta 'idroġenu għal kojls helical, (c) temperatura medja tas-sodda għal coils emi-ċilindriċi, u (d) konċentrazzjoni ta' idroġenu għal kojls emi-ċilindriċi.
Biex itejbu l-karatteristiċi tat-trasferiment tas-sħana tar-reattur MG, żewġ HFCs ġew iddisinjati għal volum kostanti tal-MG (2000 cm3) u skambjatur tas-sħana spirali (100 cm3) tal-Għażla 3. Din it-taqsima tikkunsidra wkoll l-effett tad-distanza bejn il- coils ta’ 15 mm għall-każ 4, 12.86 mm għall-każ 5 u 10 mm għall-każ 6. Fil-fig.4c,d juru t-temperatura medja tas-sodda u l-konċentrazzjoni tal-proċess ta 'assorbiment ta' idroġenu f'temperatura inizjali ta '573 K u pressjoni ta' tagħbija ta '1.8 MPa.Skont it-temperatura medja tas-saff f'Fig. 4c, id-distanza iżgħar bejn il-koljaturi fil-każ 6 tnaqqas it-temperatura b'mod sinifikanti meta mqabbla maż-żewġ każijiet l-oħra.Għall-każ 6, temperatura tas-sodda aktar baxxa tirriżulta f'konċentrazzjoni ogħla ta 'idroġenu (ara Fig. 4d).Il-ħin tal-assorbiment tal-idroġenu għall-Varjant 4 huwa 19542 s, li huwa aktar minn 2 darbiet inqas milli għall-Varjanti 1-3 bl-użu tal-HCH.Barra minn hekk, meta mqabbel mal-każ 4, il-ħin ta 'assorbiment tnaqqas ukoll b'378 s u 1515 s f'każijiet 5 u 6 b'distanzi aktar baxxi.Is-sezzjoni supplimentari tippreżenta l-kontorni tal-konċentrazzjoni tat-temperatura u l-idroġenu għal postijiet magħżula fis-saff SCHE-MH.
Biex tistudja l-prestazzjoni ta 'żewġ konfigurazzjonijiet ta' skambjatur tas-sħana, din it-taqsima tfassal u tippreżenta kurvi tat-temperatura fi tliet postijiet magħżula.Ir-reattur MH b'HCHE mill-każ 3 intgħażel għal tqabbil mar-reattur MH li fih SCHE fil-każ 4 minħabba li għandu volum MH kostanti u volum tal-pajp.Il-kundizzjonijiet operattivi għal dan it-tqabbil kienu temperatura inizjali ta '573 K u pressjoni ta' tagħbija ta '1.8 MPa.Fuq il-fig.5a u 5b juru t-tliet pożizzjonijiet magħżula tal-profili tat-temperatura fil-każijiet 3 u 4, rispettivament.Fuq il-fig.5c juri l-profil tat-temperatura u l-konċentrazzjoni tas-saff wara 20,000 s ta 'assorbiment ta' idroġenu.Skont il-linja 1 f'Fig. 5c, it-temperatura madwar it-TTF mill-għażliet 3 u 4 tonqos minħabba t-trasferiment tas-sħana konvettiva tal-likwidu li jkessaħ.Dan jirriżulta f'konċentrazzjoni ogħla ta 'idroġenu madwar din iż-żona.Madankollu, l-użu ta' żewġ SCHEs jirriżulta f'konċentrazzjoni ta' saff ogħla.Instabu risponsi kinetiċi aktar mgħaġġla madwar ir-reġjun HTF fil-każ 4. Barra minn hekk, instabet ukoll konċentrazzjoni massima ta '100% f'dan ir-reġjun.Mill-linja 2 li tinsab fin-nofs tar-reattur, it-temperatura tal-każ 4 hija sinifikament aktar baxxa mit-temperatura tal-każ 3 fil-postijiet kollha ħlief fiċ-ċentru tar-reattur.Dan jirriżulta fil-konċentrazzjoni massima tal-idroġenu għall-każ 4 ħlief għar-reġjun qrib iċ-ċentru tar-reattur 'il bogħod mill-HTF.Madankollu, il-konċentrazzjoni tal-każ 3 ma nbidlitx ħafna.Differenza kbira fit-temperatura u l-konċentrazzjoni tas-saff kienet osservata fil-linja 3 ħdejn id-daħla tal-GTS.It-temperatura tas-saff fil-każ 4 naqset b'mod sinifikanti, li rriżultat fl-ogħla konċentrazzjoni ta 'idroġenu f'dan ir-reġjun, filwaqt li l-linja ta' konċentrazzjoni fil-każ 3 kienet għadha tvarja.Dan huwa dovut għall-aċċelerazzjoni tat-trasferiment tas-sħana SCHE.Dettalji u diskussjoni tat-tqabbil tat-temperatura medja tas-saff MH u l-pajp HTF bejn il-każ 3 u l-każ 4 huma pprovduti fit-taqsima supplimentari.
Profil tat-temperatura u konċentrazzjoni tas-sodda f'postijiet magħżula fir-reattur tal-idrur tal-metall.(a) Postijiet magħżula għall-każ 3, (b) Postijiet magħżula għall-każ 4, u (c) Profil tat-temperatura u konċentrazzjoni tas-saff f'postijiet magħżula wara 20,000 s għall-proċess tal-assorbiment tal-idroġenu fil-każijiet 3 u 4.
Fuq il-fig.Figura 6 turi paragun tat-temperatura medja tas-sodda (ara Fig. 6a) u l-konċentrazzjoni tal-idroġenu (ara Fig. 6b) għall-assorbiment ta 'HCH u SHE.Jista 'jidher minn din il-figura li t-temperatura tas-saff MG tonqos b'mod sinifikanti minħabba żieda fiż-żona tal-iskambju tas-sħana.It-tneħħija ta' aktar sħana mir-reattur tirriżulta f'rata ogħla ta' assorbiment ta' idroġenu.Għalkemm iż-żewġ konfigurazzjonijiet tal-iskambjatur tas-sħana għandhom l-istess volumi meta mqabbla mal-użu tal-HCHE bħala Għażla 3, il-ħin tal-assorbiment tal-idroġenu ta' SCHE ibbażat fuq l-Għażla 4 tnaqqas b'mod sinifikanti b'59%.Għal analiżi aktar dettaljata, il-konċentrazzjonijiet tal-idroġenu għaż-żewġ konfigurazzjonijiet tal-iskambjatur tas-sħana jintwerew bħala isolines fil-Figura 7. Din il-figura turi li fiż-żewġ każijiet, l-idroġenu jibda jiġi assorbit minn taħt madwar id-daħla tal-HTF.Instabu konċentrazzjonijiet ogħla fir-reġjun HTF, filwaqt li konċentrazzjonijiet aktar baxxi ġew osservati fiċ-ċentru tar-reattur MH minħabba d-distanza tiegħu mill-iskambjatur tas-sħana.Wara 10,000 s, il-konċentrazzjoni tal-idroġenu fil-każ 4 hija ogħla b'mod sinifikanti milli fil-każ 3. Wara 20,000 sekonda, il-konċentrazzjoni medja tal-idroġenu fir-reattur żdiedet għal 90% fil-każ 4 meta mqabbla ma '50% idroġenu fil-każ 3. Dan jista' jkun dovut għall-kapaċità ta 'tkessiħ effettiva ogħla li tgħaqqad żewġ SCHEs, li tirriżulta f'temperatura aktar baxxa ġewwa s-saff MH.Konsegwentement, pressjoni ta 'ekwilibriju aktar taqa' ġewwa s-saff MG, li jwassal għal assorbiment aktar mgħaġġel ta 'idroġenu.
Każ 3 u Każ 4 Tqabbil tat-temperatura medja tas-sodda u l-konċentrazzjoni tal-idroġenu bejn żewġ konfigurazzjonijiet tal-iskambjatur tas-sħana.
Tqabbil tal-konċentrazzjoni tal-idroġenu wara 500, 2000, 5000, 10000 u 20000 s wara l-bidu tal-proċess tal-assorbiment tal-idroġenu fil-każ 3 u l-każ 4.
It-Tabella 5 tiġbor fil-qosor it-tul tal-assorbiment tal-idroġenu għall-każijiet kollha.Barra minn hekk, it-tabella turi wkoll il-ħin ta 'assorbiment ta' idroġenu, espress bħala persentaġġ.Dan il-perċentwal huwa kkalkulat abbażi tal-ħin ta 'assorbiment tal-Każ 1. Minn din it-tabella, il-ħin ta' assorbiment tar-reattur MH li juża HCHE huwa ta 'madwar 45,000 sa 46,000 s, u l-ħin ta' assorbiment inkluż SCHE huwa ta 'madwar 18,000 sa 19,000 s.Meta mqabbel mal-Każ 1, il-ħin ta 'assorbiment fil-Każ 2 u l-Każ 3 tnaqqas b'1.6% u 2.7% biss, rispettivament.Meta uża SCHE minflok HCHE, il-ħin ta 'assorbiment tnaqqas b'mod sinifikanti minn każ 4 għal każ 6, minn 58% għal 61%.Huwa ċar li ż-żieda ta 'SCHE mar-reattur MH ittejjeb ħafna l-proċess ta' assorbiment tal-idroġenu u l-prestazzjoni tar-reattur MH.Għalkemm l-installazzjoni ta 'heat exchanger ġewwa r-reattur MH tnaqqas il-kapaċità tal-ħażna, din it-teknoloġija tipprovdi titjib sinifikanti fit-trasferiment tas-sħana meta mqabbla ma' teknoloġiji oħra.Ukoll, it-tnaqqis tal-valur tal-pitch se jżid il-volum tal-SCHE, li jirriżulta fi tnaqqis fil-volum tal-MH.Fil-każ 6 bl-ogħla volum SCHE, il-kapaċità volumetrika MH tnaqqset biss b'5% meta mqabbla mal-każ 1 bl-inqas volum HCHE.Barra minn hekk, waqt l-assorbiment, il-każ 6 wera prestazzjoni aktar mgħaġġla u aħjar bi tnaqqis ta '61% fil-ħin ta' assorbiment.Għalhekk il-każ 6 intgħażel għal aktar investigazzjoni fl-analiżi tas-sensittività.Għandu jiġi nnutat li l-ħin twil ta 'assorbiment ta' l-idroġenu huwa assoċjat ma 'tank tal-ħażna li fih volum MH ta' madwar 2000 cm3.
Il-parametri operattivi matul ir-reazzjoni huma fatturi importanti li jaffettwaw b'mod pożittiv jew negattiv il-prestazzjoni tar-reattur MH f'kundizzjonijiet reali.Dan l-istudju jikkunsidra analiżi tas-sensittività biex jiddetermina l-parametri operattivi inizjali xierqa għal reattur MH flimkien ma 'SCHE, u din it-taqsima tinvestiga l-erba' parametri operattivi ewlenin ibbażati fuq il-konfigurazzjoni ottimali tar-reattur fil-każ 6. Ir-riżultati għall-kundizzjonijiet operattivi kollha huma murija f' Fig. 8.
Grafika tal-konċentrazzjoni tal-idroġenu taħt diversi kundizzjonijiet operattivi meta tuża skambjatur tas-sħana b'kolja semi-ċilindrika.(a) pressjoni tat-tagħbija, (b) temperatura inizjali tas-sodda, (c) numru Reynolds tal-likwidu li jkessaħ, u (d) temperatura tad-dħul tal-likwidu li jkessaħ.
Ibbażat fuq temperatura inizjali kostanti ta '573 K u rata tal-fluss tal-likwidu li jkessaħ b'numru Reynolds ta' 14,000, ġew magħżula erba 'pressjonijiet ta' tagħbija differenti: 1.2 MPa, 1.8 MPa, 2.4 MPa, u 3.0 MPa.Fuq il-fig.8a turi l-effett tal-pressjoni tat-tagħbija u SCHE fuq il-konċentrazzjoni tal-idroġenu maż-żmien.Il-ħin ta 'assorbiment jonqos maż-żieda fil-pressjoni tat-tagħbija.L-użu ta 'pressjoni ta' idroġenu applikata ta '1.2 MPa huwa l-agħar każ għall-proċess ta' assorbiment ta 'idroġenu, u t-tul ta' assorbiment jaqbeż is-26,000 s biex jinkiseb 90% ta 'assorbiment ta' idroġenu.Madankollu, il-pressjoni tat-tagħbija ogħla rriżultat fi tnaqqis ta '32-42% fil-ħin ta' assorbiment minn 1.8 sa 3.0 MPa.Dan huwa dovut għall-pressjoni inizjali ogħla tal-idroġenu, li tirriżulta f'differenza akbar bejn il-pressjoni tal-ekwilibriju u l-pressjoni applikata.Għalhekk, dan joħloq forza kbira li tmexxi għall-kinetika tal-assorbiment tal-idroġenu.Fil-mument inizjali, il-gass tal-idroġenu jiġi assorbit malajr minħabba d-differenza kbira bejn il-pressjoni tal-ekwilibriju u l-pressjoni applikata57.Fi pressjoni ta 'tagħbija ta' 3.0 MPa, 18% idroġenu akkumula malajr matul l-ewwel 10 sekondi.L-idroġenu kien maħżun f'90% tar-reatturi fl-istadju finali għal 15460 s.Madankollu, fi pressjoni ta 'tagħbija ta' 1.2 sa 1.8 MPa, il-ħin ta 'assorbiment tnaqqas b'mod sinifikanti bi 32%.Pressjonijiet ogħla oħra kellhom inqas effett fuq it-titjib tal-ħinijiet ta 'assorbiment.Għalhekk, huwa rakkomandat li l-pressjoni tat-tagħbija tar-reattur MH-SCHE tkun 1.8 MPa.Is-sezzjoni supplimentari turi l-kontorni tal-konċentrazzjoni tal-idroġenu għal diversi pressjonijiet ta 'tagħbija f'15500 s.
L-għażla ta 'temperatura inizjali xierqa tar-reattur MH hija waħda mill-fatturi ewlenin li jaffettwaw il-proċess ta' adsorbiment tal-idroġenu, peress li taffettwa l-forza li tmexxi r-reazzjoni tal-formazzjoni tal-idrur.Biex jiġi studjat l-effett ta 'SCHE fuq it-temperatura inizjali tar-reattur MH, ġew magħżula erba' temperaturi differenti bi pressjoni ta 'tagħbija kostanti ta' 1.8 MPa u numru Reynolds ta '14,000 HTF.Fuq il-fig.Il-Figura 8b turi paragun ta 'diversi temperaturi tal-bidu, inklużi 473K, 523K, 573K, u 623K.Fil-fatt, meta t-temperatura tkun ogħla minn 230°C jew 503K58, il-liga Mg2Ni għandha karatteristiċi effettivi għall-proċess ta 'assorbiment ta' idroġenu.Madankollu, fil-mument inizjali tal-injezzjoni tal-idroġenu, it-temperatura togħla malajr.Konsegwentement, it-temperatura tas-saff MG se taqbeż il-523 K. Għalhekk, il-formazzjoni ta 'idridi hija ffaċilitata minħabba r-rata ta' assorbiment miżjuda53.Mill-fig.Jista 'jidher minn Fig. 8b li l-idroġenu jiġi assorbit aktar malajr hekk kif it-temperatura inizjali tas-saff MB tonqos.Pressjonijiet ta 'ekwilibriju aktar baxxi jseħħu meta t-temperatura inizjali tkun aktar baxxa.Iktar ma tkun kbira d-differenza tal-pressjoni bejn il-pressjoni tal-ekwilibriju u l-pressjoni applikata, iktar ikun mgħaġġel il-proċess tal-assorbiment tal-idroġenu.F'temperatura inizjali ta '473 K, l-idroġenu jiġi assorbit malajr sa 27% matul l-ewwel 18-il sekonda.Barra minn hekk, il-ħin ta 'assorbiment tnaqqas ukoll minn 11% għal 24% f'temperatura inizjali aktar baxxa meta mqabbel mat-temperatura inizjali ta' 623 K. Il-ħin ta 'assorbiment fl-inqas temperatura inizjali ta' 473 K huwa 15247 s, li huwa simili għall-aħjar pressjoni tat-tagħbija tal-każ, madankollu, it-tnaqqis fit-temperatura inizjali tar-reattur tat-temperatura twassal għal tnaqqis fil-kapaċità tal-ħażna tal-idroġenu.It-temperatura inizjali tar-reattur MN għandha tkun mill-inqas 503 K53.Barra minn hekk, f'temperatura inizjali ta '573 K53, tista' tinkiseb kapaċità massima ta 'ħażna ta' idroġenu ta '3.6% wt.F'termini ta 'kapaċità ta' ħażna ta 'idroġenu u tul ta' assorbiment, temperaturi bejn 523 u 573 K iqassru l-ħin b'6%.Għalhekk, temperatura ta '573 K hija proposta bħala t-temperatura inizjali tar-reattur MH-SCHE.Madankollu, l-effett tat-temperatura inizjali fuq il-proċess ta 'assorbiment kien inqas sinifikanti meta mqabbel mal-pressjoni tat-tagħbija.Is-sezzjoni supplimentari turi l-kontorni tal-konċentrazzjoni tal-idroġenu għal temperaturi inizjali varji f'15500 s.
Ir-rata tal-fluss hija waħda mill-parametri ewlenin ta 'idroġenazzjoni u deidroġenazzjoni minħabba li tista' taffettwa t-turbolenza u t-tneħħija tas-sħana jew l-input waqt l-idroġenazzjoni u d-deidroġenazzjoni59.Rati ta 'fluss għoljin joħolqu fażijiet turbolenti u jirriżultaw fi fluss ta' fluwidu aktar mgħaġġel mit-tubi HTF.Din ir-reazzjoni tirriżulta fi trasferiment tas-sħana aktar mgħaġġel.Veloċitajiet ta 'dħul differenti għall-HTF huma kkalkulati abbażi tan-numri Reynolds ta' 10,000, 14,000, 18,000, u 22,000.It-temperatura inizjali tas-saff MG ġiet iffissata għal 573 K u l-pressjoni tat-tagħbija f'1.8 MPa.Ir-riżultati fil-fig.8c juri li l-użu ta' numru ta' Reynolds ogħla flimkien ma' SCHE jirriżulta f'rata ta' teħid ogħla.Hekk kif in-numru ta 'Reynolds jiżdied minn 10,000 għal 22,000, il-ħin ta' assorbiment jonqos b'madwar 28-50%.Il-ħin ta 'assorbiment f'numru Reynolds ta' 22,000 huwa 12,505 sekondi, li huwa inqas minn f'temperaturi u pressjonijiet ta 'tagħbija inizjali varji.Kontorni tal-konċentrazzjoni tal-idroġenu għal diversi numri Reynolds għal GTP f'12500 s huma ppreżentati fit-taqsima supplimentari.
L-effett ta 'SCHE fuq it-temperatura inizjali ta' l-HTF huwa analizzat u muri fil-Fig. 8d.F'temperatura inizjali MG ta '573 K u pressjoni ta' tagħbija ta 'idroġenu ta' 1.8 MPa, ġew magħżula erba' temperaturi inizjali għal din l-analiżi: 373 K, 473 K, 523 K, u 573 K. 8d juri li tnaqqis fit-temperatura tal-likwidu li jkessaħ fid-daħla twassal għal tnaqqis fil-ħin ta 'assorbiment.Meta mqabbel mal-każ bażi b'temperatura tad-dħul ta '573 K, il-ħin ta' assorbiment tnaqqas b'madwar 20%, 44% u 56% għal temperaturi tad-dħul ta '523 K, 473 K u 373 K, rispettivament.F'6917 s, it-temperatura inizjali tal-GTF hija 373 K, il-konċentrazzjoni tal-idroġenu fir-reattur hija 90%.Dan jista 'jiġi spjegat permezz ta' trasferiment imtejjeb tas-sħana konvettiva bejn is-saff MG u l-HCS.Temperaturi HTF aktar baxxi se jżidu d-dissipazzjoni tas-sħana u jirriżultaw f'żieda fl-assorbiment tal-idroġenu.Fost il-parametri operattivi kollha, it-titjib tal-prestazzjoni tar-reattur MH-SCHE billi tiżdied it-temperatura tad-daħla HTF kien l-aktar metodu adattat, peress li l-ħin tat-tmiem tal-proċess ta 'assorbiment kien inqas minn 7000 s, filwaqt li l-iqsar ħin ta' assorbiment ta 'metodi oħra kien aktar minn 10000 s.Il-kontorni tal-konċentrazzjoni tal-idroġenu huma ppreżentati għal temperaturi inizjali varji ta 'GTP għal 7000 s.
Dan l-istudju jippreżenta għall-ewwel darba skambjatur tas-sħana tal-coil semi-ċilindriku ġdid integrat f'unità tal-ħażna tal-idrur tal-metall.Il-kapaċità tas-sistema proposta li tassorbi l-idroġenu ġiet investigata b'diversi konfigurazzjonijiet tal-iskambjatur tas-sħana.L-influwenza tal-parametri operattivi fuq l-iskambju tas-sħana bejn is-saff tal-idrur tal-metall u l-likwidu li jkessaħ ġiet investigata sabiex jinstabu l-aħjar kundizzjonijiet għall-ħażna tal-idruri tal-metall bl-użu ta 'skambjatur tas-sħana ġdid.Is-sejbiet ewlenin ta’ dan l-istudju huma miġbura fil-qosor kif ġej:
Bi skambjatur tas-sħana ta 'coil semi-ċilindriku, il-prestazzjoni tat-trasferiment tas-sħana hija mtejba minħabba li għandha distribuzzjoni tas-sħana aktar uniformi fir-reattur tas-saff tal-manjeżju, li tirriżulta f'rata aħjar ta' assorbiment tal-idroġenu.Sakemm il-volum tat-tubu ta 'skambju tas-sħana u l-idrur tal-metall jibqa' mhux mibdul, il-ħin ta 'reazzjoni ta' assorbiment jitnaqqas b'mod sinifikanti b'59% meta mqabbel ma 'skambjatur tas-sħana tal-coiled konvenzjonali.
Ħin tal-post: Jan-15-2023