Faleminderit që vizituat Nature.com.Ju jeni duke përdorur një version të shfletuesit me mbështetje të kufizuar CSS.Për përvojën më të mirë, ju rekomandojmë të përdorni një shfletues të përditësuar (ose çaktivizoni modalitetin e përputhshmërisë në Internet Explorer).Përveç kësaj, për të siguruar mbështetje të vazhdueshme, ne e shfaqim sajtin pa stile dhe JavaScript.
Shfaq një karusel me tre rrëshqitje njëherësh.Përdorni butonat Previous dhe Next për të lëvizur nëpër tre rrëshqitje në të njëjtën kohë, ose përdorni butonat rrëshqitës në fund për të lëvizur nëpër tre rrëshqitje në të njëjtën kohë.
Hidridet e metaleve (MH) njihen si një nga grupet materiale më të përshtatshme për ruajtjen e hidrogjenit për shkak të kapacitetit të madh të ruajtjes së hidrogjenit, presionit të ulët të funksionimit dhe sigurisë së lartë.Sidoqoftë, kinetika e tyre e ngadaltë e marrjes së hidrogjenit redukton shumë performancën e ruajtjes.Heqja më e shpejtë e nxehtësisë nga ruajtja MH mund të luajë një rol të rëndësishëm në rritjen e shkallës së marrjes së hidrogjenit, duke rezultuar në përmirësimin e performancës së ruajtjes.Në këtë drejtim, ky studim kishte për qëllim përmirësimin e karakteristikave të transferimit të nxehtësisë për të ndikuar pozitivisht në shkallën e marrjes së hidrogjenit të sistemit të ruajtjes së MH.Spiralja e re gjysmë cilindrike u zhvillua dhe u optimizua fillimisht për ruajtjen e hidrogjenit dhe u përfshi si një shkëmbyes i brendshëm ajër si nxehtësi (HTF).Bazuar në madhësitë e ndryshme të hapit, efekti i konfigurimit të ri të shkëmbyesit të nxehtësisë analizohet dhe krahasohet me gjeometrinë konvencionale të spirales spirale.Për më tepër, parametrat e funksionimit të ruajtjes së MG dhe GTP u studiuan numerikisht për të marrë vlerat optimale.Për simulimin numerik, përdoret ANSYS Fluent 2020 R2.Rezultatet e këtij studimi tregojnë se performanca e një rezervuari MH mund të përmirësohet ndjeshëm duke përdorur një shkëmbyes nxehtësie gjysmë cilindrike (SCHE).Krahasuar me shkëmbyesit konvencional të nxehtësisë me spirale, kohëzgjatja e përthithjes së hidrogjenit zvogëlohet me 59%.Distanca më e vogël midis bobinave SCHE rezultoi në një ulje prej 61% në kohën e përthithjes.Për sa i përket parametrave të funksionimit të ruajtjes së MG duke përdorur SHE, të gjithë parametrat e zgjedhur çojnë në një përmirësim të ndjeshëm në procesin e thithjes së hidrogjenit, veçanërisht në temperaturën në hyrje të HTS.
Ka një tranzicion global nga energjia e bazuar në lëndët djegëse fosile në energjinë e rinovueshme.Për shkak se shumë forma të energjisë së rinovueshme ofrojnë energji në një mënyrë dinamike, ruajtja e energjisë është e nevojshme për të balancuar ngarkesën.Ruajtja e energjisë me bazë hidrogjeni ka tërhequr shumë vëmendje për këtë qëllim, veçanërisht sepse hidrogjeni mund të përdoret si një lëndë djegëse alternative "e gjelbër" dhe bartës energjie për shkak të vetive dhe transportueshmërisë së tij.Përveç kësaj, hidrogjeni gjithashtu ofron një përmbajtje më të lartë energjie për njësi masë në krahasim me lëndët djegëse fosile2.Ekzistojnë katër lloje kryesore të ruajtjes së energjisë së hidrogjenit: ruajtja e gazit të kompresuar, ruajtja nëntokësore, ruajtja e lëngjeve dhe ruajtja e ngurtë.Hidrogjeni i kompresuar është lloji kryesor i përdorur në automjetet me qeliza karburanti si autobusët dhe pirunët.Megjithatë, ky ruajtje siguron një densitet të ulët të hidrogjenit (afërsisht 0,089 kg/m3) dhe ka probleme sigurie që lidhen me presionin e lartë të funksionimit3.Bazuar në një proces konvertimi në temperaturë dhe presion të ulët të ambientit, ruajtja e lëngut do të ruajë hidrogjenin në formë të lëngshme.Megjithatë, kur lëngohet, rreth 40% e energjisë humbet.Përveç kësaj, dihet se kjo teknologji kërkon më shumë energji dhe punë intensive në krahasim me teknologjitë e ruajtjes në gjendje të ngurtë4.Magazinimi i ngurtë është një opsion i mundshëm për një ekonomi hidrogjeni, e cila ruan hidrogjenin duke përfshirë hidrogjenin në materiale të ngurta përmes përthithjes dhe çlirimin e hidrogjenit përmes desorbimit.Hidridi i metalit (MH), një teknologji e ruajtjes së materialit të ngurtë, është me interes të kohëve të fundit në aplikimet e qelizave të karburantit për shkak të kapacitetit të lartë të hidrogjenit, presionit të ulët të funksionimit dhe kostos së ulët në krahasim me ruajtjen e lëngjeve, dhe është i përshtatshëm për aplikime të palëvizshme dhe të lëvizshme6,7 Përveç kësaj, materialet MH gjithashtu ofrojnë veti sigurie si ruajtje efikase e kapaciteteve të mëdha8.Sidoqoftë, ekziston një problem që kufizon produktivitetin e MG: përçueshmëria e ulët termike e reaktorit MG çon në thithjen dhe desorbimin e ngadaltë të hidrogjenit.
Transferimi i duhur i nxehtësisë gjatë reaksioneve ekzotermike dhe endotermike është çelësi për përmirësimin e performancës së reaktorëve MH.Për procesin e ngarkimit të hidrogjenit, nxehtësia e krijuar duhet të hiqet nga reaktori në mënyrë që të kontrollohet rrjedha e ngarkimit të hidrogjenit në shkallën e dëshiruar me kapacitet maksimal të ruajtjes.Në vend të kësaj, nxehtësia kërkohet për të rritur shkallën e evolucionit të hidrogjenit gjatë shkarkimit.Për të përmirësuar performancën e transferimit të nxehtësisë dhe masës, shumë studiues kanë studiuar dizajnin dhe optimizimin bazuar në faktorë të shumtë si parametrat e funksionimit, struktura MG dhe optimizimi MG11.Optimizimi i MG mund të bëhet duke shtuar materiale me përçueshmëri të lartë termike siç janë metalet me shkumë në shtresat MG 12,13.Kështu, përçueshmëria termike efektive mund të rritet nga 0,1 në 2 W/mK10.Megjithatë, shtimi i materialeve të ngurta zvogëlon ndjeshëm fuqinë e reaktorit MN.Në lidhje me parametrat e funksionimit, përmirësimet mund të arrihen duke optimizuar kushtet fillestare të funksionimit të shtresës MG dhe ftohësit (HTF).Struktura e MG mund të optimizohet për shkak të gjeometrisë së reaktorit dhe dizajnit të shkëmbyesit të nxehtësisë.Sa i përket konfigurimit të shkëmbyesit të nxehtësisë së reaktorit MH, metodat mund të ndahen në dy lloje.Këta janë shkëmbyes të brendshëm të nxehtësisë të ndërtuar në shtresën MO dhe shkëmbyes të jashtëm të nxehtësisë që mbulojnë shtresën MO, si p.sh. fins, xhaketa ftohëse dhe banja uji.Në lidhje me shkëmbyesin e jashtëm të nxehtësisë, Kaplan16 analizoi funksionimin e reaktorit MH, duke përdorur ujin ftohës si një xhaketë për të ulur temperaturën brenda reaktorit.Rezultatet u krahasuan me një reaktor me 22 fije të rrumbullakëta dhe një reaktor tjetër të ftohur nga konvekcioni natyror.Ata thonë se prania e një xhakete ftohëse ul ndjeshëm temperaturën e MH, duke rritur kështu shkallën e përthithjes.Studimet numerike të reaktorit MH të mbuluar me ujë nga Patil dhe Gopal17 kanë treguar se presioni i furnizimit me hidrogjen dhe temperatura HTF janë parametra kyç që ndikojnë në shkallën e marrjes dhe desorbimit të hidrogjenit.
Rritja e zonës së transferimit të nxehtësisë duke shtuar fins dhe shkëmbyes nxehtësie të integruar në MH është çelësi për përmirësimin e performancës së transferimit të nxehtësisë dhe masës dhe rrjedhimisht performancën e ruajtjes së MH18.Disa konfigurime të brendshme të shkëmbyesit të nxehtësisë (tub i drejtë dhe spirale) janë projektuar për të qarkulluar ftohësin në reaktorin MH19,20,21,22,23,24,25,26.Duke përdorur një shkëmbyes të brendshëm nxehtësie, lëngu ftohës ose ngrohës do të transferojë nxehtësinë lokale brenda reaktorit MH gjatë procesit të adsorbimit të hidrogjenit.Raju dhe Kumar [27] përdorën disa tuba të drejtë si shkëmbyes nxehtësie për të përmirësuar performancën e MG.Rezultatet e tyre treguan se koha e përthithjes u zvogëlua kur tubat e drejtë përdoreshin si shkëmbyes nxehtësie.Përveç kësaj, përdorimi i tubave të drejtë shkurton kohën e desorbimit të hidrogjenit28.Shkalla më e lartë e rrjedhës së ftohësit rrit shkallën e ngarkimit dhe shkarkimit të hidrogjenit29.Megjithatë, rritja e numrit të tubave ftohës ka një efekt pozitiv në performancën e MH në vend të shpejtësisë së rrjedhës së ftohësit30,31.Raju et al.32 përdorën LaMi4.7Al0.3 si një material MH për të studiuar performancën e shkëmbyesve të nxehtësisë me shumë tuba në reaktorë.Ata raportuan se parametrat e funksionimit kishin një efekt të rëndësishëm në procesin e përthithjes, veçanërisht presioni i ushqimit dhe më pas shpejtësia e rrjedhës së HTF.Megjithatë, temperatura e përthithjes doli të ishte më pak kritike.
Performanca e reaktorit MH përmirësohet më tej nga përdorimi i një shkëmbyesi nxehtësie me spirale për shkak të transferimit të përmirësuar të nxehtësisë në krahasim me tubat e drejtë.Kjo ndodh sepse cikli sekondar mund të largojë më mirë nxehtësinë nga reaktori25.Përveç kësaj, tubat spirale ofrojnë një sipërfaqe të madhe për transferimin e nxehtësisë nga shtresa MH në ftohës.Kur kjo metodë futet brenda reaktorit, shpërndarja e tubave të shkëmbimit të nxehtësisë është gjithashtu më uniforme33.Wang et al.34 studioi efektin e kohëzgjatjes së marrjes së hidrogjenit duke shtuar një spirale spirale në një reaktor MH.Rezultatet e tyre tregojnë se me rritjen e koeficientit të transferimit të nxehtësisë së ftohësit, koha e përthithjes zvogëlohet.Wu et al.25 hetoi performancën e reaktorëve MH me bazë Mg2Ni dhe shkëmbyesve të nxehtësisë me spirale të mbështjellë.Studimet e tyre numerike kanë treguar një reduktim të kohës së reagimit.Përmirësimi i mekanizmit të transferimit të nxehtësisë në reaktorin MN bazohet në një raport më të vogël të hapit të vidhos me hapin e vidhos dhe një hapësire vidhosje pa dimensione.Një studim eksperimental nga Mellouli et al.21 duke përdorur një spirale të mbështjellë si një shkëmbyes të brendshëm nxehtësie tregoi se temperatura e fillimit të HTF ka një efekt të rëndësishëm në përmirësimin e kohës së marrjes së hidrogjenit dhe desorbimit.Kombinimet e shkëmbyesve të ndryshëm të brendshëm të nxehtësisë janë kryer në disa studime.Eisapur et al.35 studioi ruajtjen e hidrogjenit duke përdorur një shkëmbyes nxehtësie spirale me një tub qendror kthimi për të përmirësuar procesin e përthithjes së hidrogjenit.Rezultatet e tyre treguan se tubi spirale dhe tubi qendror i kthimit përmirësojnë ndjeshëm transferimin e nxehtësisë midis ftohësit dhe MG.Hapi më i vogël dhe diametri më i madh i tubit spirale rrisin shpejtësinë e transferimit të nxehtësisë dhe masës.Ardahaie etj.36 përdorën tuba spirale të sheshta si shkëmbyes nxehtësie për të përmirësuar transferimin e nxehtësisë brenda reaktorit.Ata raportuan se kohëzgjatja e përthithjes u zvogëlua duke rritur numrin e planeve të tubave spirale të rrafshuara.Kombinimet e shkëmbyesve të ndryshëm të brendshëm të nxehtësisë janë kryer në disa studime.Dhau et al.37 përmirësoi performancën e MH duke përdorur një shkëmbyes nxehtësie të mbështjellur dhe pendë.Rezultatet e tyre tregojnë se kjo metodë zvogëlon kohën e mbushjes së hidrogjenit me një faktor 2 në krahasim me rastin pa pendë.Pendat unazore kombinohen me tuba ftohës dhe futen në reaktorin MN.Rezultatet e këtij studimi tregojnë se kjo metodë e kombinuar siguron transferim më uniform të nxehtësisë në krahasim me reaktorin MH pa fins.Megjithatë, kombinimi i shkëmbyesve të ndryshëm të nxehtësisë do të ndikojë negativisht në peshën dhe vëllimin e reaktorit MH.Wu et al.18 krahasuan konfigurime të ndryshme të shkëmbyesve të nxehtësisë.Këto përfshijnë tuba të drejtë, fins dhe mbështjellje spirale.Autorët raportojnë se mbështjelljet spirale ofrojnë përmirësimet më të mira në transferimin e nxehtësisë dhe masës.Përveç kësaj, krahasuar me tubat e drejtë, tubat e mbështjellë dhe tubat e drejtë të kombinuar me tubat e mbështjellë, bobinat e dyfishta kanë një efekt më të mirë në përmirësimin e transferimit të nxehtësisë.Një studim nga Sekhar et al.40 tregoi se një përmirësim i ngjashëm në thithjen e hidrogjenit u arrit duke përdorur një spirale spirale si shkëmbyes të brendshëm të nxehtësisë dhe një xhaketë të jashtme ftohëse me fije.
Nga shembujt e përmendur më sipër, përdorimi i mbështjellësve spirale si shkëmbyes të brendshëm të nxehtësisë siguron përmirësime më të mira të transferimit të nxehtësisë dhe masës sesa shkëmbyesit e tjerë të nxehtësisë, veçanërisht tubat dhe fins të drejtë.Prandaj, qëllimi i këtij studimi ishte zhvillimi i mëtejshëm i spirales spirale për të përmirësuar performancën e transferimit të nxehtësisë.Për herë të parë, një spirale e re gjysmë cilindrike është zhvilluar bazuar në spirale konvencionale të ruajtjes MH.Ky studim pritet të përmirësojë performancën e ruajtjes së hidrogjenit duke marrë në konsideratë një dizajn të ri të shkëmbyesit të nxehtësisë me një plan urbanistik më të mirë të zonës së transferimit të nxehtësisë të ofruar nga një vëllim konstant i shtratit MH dhe tubave HTF.Performanca e ruajtjes së këtij shkëmbyesi të ri të nxehtësisë u krahasua më pas me shkëmbyesit konvencional të nxehtësisë me spirale të bazuara në lartësi të ndryshme të mbështjelljes.Sipas literaturës ekzistuese, kushtet e funksionimit dhe hapësira e bobinave janë faktorët kryesorë që ndikojnë në performancën e reaktorëve MH.Për të optimizuar dizajnin e këtij shkëmbyesi të ri të nxehtësisë, u hetua efekti i hapësirës së spirales në kohën e marrjes së hidrogjenit dhe vëllimin MH.Përveç kësaj, për të kuptuar marrëdhënien midis bobinave të reja gjysmë cilindrike dhe kushteve të funksionimit, një qëllim dytësor i këtij studimi ishte studimi i karakteristikave të reaktorit sipas diapazoneve të ndryshme të parametrave të funksionimit dhe përcaktimi i vlerave të përshtatshme për secilin funksion. modaliteti.parametri.
Performanca e pajisjes së ruajtjes së energjisë së hidrogjenit në këtë studim është hetuar bazuar në dy konfigurime të shkëmbyesve të nxehtësisë (përfshirë tubat spirale në rastet 1 deri në 3 dhe tuba gjysmë cilindrikë në rastet 4 deri në 6) dhe një analizë ndjeshmërie të parametrave të funksionimit.Funksionaliteti i reaktorit MH u testua për herë të parë duke përdorur një tub spirale si shkëmbyes nxehtësie.Si tubi i vajit të ftohësit ashtu edhe anija e reaktorit MH janë bërë prej çeliku inox.Duhet të theksohet se dimensionet e reaktorit MG dhe diametri i tubave GTF ishin konstante në të gjitha rastet, ndërsa madhësitë e hapave të GTF ndryshonin.Ky seksion analizon efektin e madhësisë së hapit të mbështjelljeve HTF.Lartësia dhe diametri i jashtëm i reaktorit ishin përkatësisht 110 mm dhe 156 mm.Diametri i tubit të vajit përçues të nxehtësisë është vendosur në 6 mm.Shih seksionin plotësues për detaje mbi diagramin e qarkut të reaktorit MH me tuba spirale dhe dy tuba gjysmë cilindrikë.
Në fig.1a tregon reaktorin me tub spirale MH dhe dimensionet e tij.Të gjithë parametrat gjeometrikë janë dhënë në tabelë.1. Vëllimi i përgjithshëm i spirales dhe vëllimi i ZG-së janë përkatësisht afërsisht 100 cm3 dhe 2000 cm3.Nga ky reaktor MH, ajri në formën e HTF u fut në reaktorin poroz MH nga poshtë përmes një tubi spirale dhe hidrogjeni u fut nga sipërfaqja e sipërme e reaktorit.
Karakterizimi i gjeometrive të zgjedhura për reaktorët e hidridit të metaleve.a) me një shkëmbyes nxehtësie spirale-tubulare, b) me një shkëmbyes nxehtësie gjysmë cilindrike tubulare.
Pjesa e dytë shqyrton funksionimin e reaktorit MH bazuar në një tub gjysmë cilindrik si një shkëmbyes nxehtësie.Në fig.1b tregon reaktorin MN me dy tuba gjysmë cilindrikë dhe dimensionet e tyre.Në tabelën 1 renditen të gjithë parametrat gjeometrikë të tubave gjysmë cilindrikë, të cilët mbeten konstant, me përjashtim të distancës ndërmjet tyre.Duhet të theksohet se tubi gjysmë cilindrik në rastin 4 është projektuar me një vëllim konstant të tubit HTF dhe aliazhit MH në tubin e mbështjellë (opsioni 3).Sa i përket fig.1b, ajri u fut gjithashtu nga fundi i dy tubave gjysmë cilindrikë HTF dhe hidrogjeni u fut nga drejtimi i kundërt i reaktorit MH.
Për shkak të dizajnit të ri të shkëmbyesit të nxehtësisë, qëllimi i këtij seksioni është të përcaktojë vlerat e duhura fillestare për parametrat e funksionimit të reaktorit MH në kombinim me SCHE.Në të gjitha rastet, ajri u përdor si ftohës për të hequr nxehtësinë nga reaktori.Ndër vajrat e transferimit të nxehtësisë, ajri dhe uji zakonisht zgjidhen si vajra të transferimit të nxehtësisë për reaktorët MH për shkak të kostos së tyre të ulët dhe ndikimit të ulët mjedisor.Për shkak të gamës së lartë të temperaturës së funksionimit të lidhjeve me bazë magnezi, ajri u zgjodh si ftohës në këtë studim.Përveç kësaj, ai gjithashtu ka karakteristika më të mira rrjedhëse se metalet e tjera të lëngëta dhe kripërat e shkrira41.Tabela 2 liston vetitë e ajrit në 573 K. Për analizën e ndjeshmërisë në këtë seksion, zbatohen vetëm konfigurimet më të mira të opsioneve të performancës MH-SCHE (në rastet 4 deri në 6).Vlerësimet në këtë seksion bazohen në parametra të ndryshëm funksionimi, duke përfshirë temperaturën fillestare të reaktorit MH, presionin e ngarkimit të hidrogjenit, temperaturën e hyrjes së HTF dhe numrin Reynolds të llogaritur duke ndryshuar shkallën e HTF.Tabela 3 përmban të gjithë parametrat e funksionimit të përdorur për analizën e ndjeshmërisë.
Ky seksion përshkruan të gjitha ekuacionet e nevojshme të kontrollit për procesin e përthithjes së hidrogjenit, turbulencës dhe transferimit të nxehtësisë së ftohësve.
Për të thjeshtuar zgjidhjen e reaksionit të marrjes së hidrogjenit, bëhen dhe jepen supozimet e mëposhtme;
Gjatë përthithjes, vetitë termofizike të hidrogjenit dhe hidrideve të metaleve janë konstante.
Hidrogjeni konsiderohet si gaz ideal, ndaj merren parasysh kushtet e ekuilibrit termik lokal43,44.
ku \({L}_{gaz}\) është rrezja e rezervuarit, dhe \({L}_{nxehtësia}\) është lartësia boshtore e rezervuarit.Kur N është më pak se 0,0146, rrjedha e hidrogjenit në rezervuar mund të injorohet në simulim pa gabime të rëndësishme.Sipas hulumtimeve aktuale, N është shumë më e ulët se 0.1.Prandaj, efekti i gradientit të presionit mund të neglizhohet.
Muret e reaktorit ishin të izoluara mirë në të gjitha rastet.Prandaj, nuk ka shkëmbim nxehtësie 47 midis reaktorit dhe mjedisit.
Dihet mirë se lidhjet me bazë Mg kanë karakteristika të mira hidrogjenizimi dhe kapacitet të lartë ruajtës të hidrogjenit deri në 7.6 wt%8.Për sa i përket aplikimeve për ruajtjen e hidrogjenit në gjendje të ngurtë, këto lidhje njihen gjithashtu si materiale të lehta.Përveç kësaj, ato kanë rezistencë të shkëlqyer ndaj nxehtësisë dhe përpunueshmëri të mirë8.Midis disa lidhjeve me bazë Mg, aliazhi MgNi me bazë Mg2Ni është një nga opsionet më të përshtatshme për ruajtjen e MH për shkak të kapacitetit të saj të ruajtjes së hidrogjenit deri në 6 wt%.Lidhjet Mg2Ni sigurojnë gjithashtu kinetikë të përthithjes dhe desorbimit më të shpejtë në krahasim me aliazhin MgH48.Prandaj, Mg2Ni u zgjodh si material hidridi metalik në këtë studim.
Ekuacioni i energjisë shprehet si 25 bazuar në balancën e nxehtësisë midis hidrogjenit dhe hidridit Mg2Ni:
X është sasia e hidrogjenit të përthithur në sipërfaqen e metalit, njësia është \(pesha\%\), e llogaritur nga ekuacioni kinetik \(\frac{dX}{dt}\) gjatë përthithjes si më poshtë49:
ku \({C}_{a}\) është shpejtësia e reagimit dhe \({E}_{a}\) është energjia e aktivizimit.\({P}_{a,eq}\) është presioni i ekuilibrit brenda reaktorit të hidridit të metalit gjatë procesit të përthithjes, i dhënë nga ekuacioni van't Hoff si më poshtë25:
Ku \({P}_{ref}\) është presioni i referencës prej 0,1 MPa.\(\Delta H\) dhe \(\Delta S\) janë përkatësisht entalpia dhe entropia e reaksionit.Vetitë e lidhjeve Mg2Ni dhe hidrogjenit janë paraqitur në tabelë.4. Lista e emërtuar mund të gjendet në seksionin plotësues.
Rrjedha e lëngut konsiderohet e turbullt sepse shpejtësia e saj dhe numri Reynolds (Re) janë përkatësisht 78.75 ms-1 dhe 14000.Në këtë studim u zgjodh një model k-ε turbulence i arritshëm.Vërehet se kjo metodë siguron saktësi më të lartë në krahasim me metodat e tjera k-ε, dhe gjithashtu kërkon më pak kohë llogaritëse sesa metodat RNG k-ε50,51.Shih seksionin plotësues për detaje mbi ekuacionet bazë për lëngjet e transferimit të nxehtësisë.
Fillimisht, regjimi i temperaturës në reaktorin MN ishte uniform, dhe përqendrimi mesatar i hidrogjenit ishte 0.043.Supozohet se kufiri i jashtëm i reaktorit MH është i izoluar mirë.Lidhjet me bazë magnezi zakonisht kërkojnë temperatura të larta të funksionimit të reaksionit për të ruajtur dhe lëshuar hidrogjen në reaktor.Aliazhi Mg2Ni kërkon një gamë temperaturash prej 523–603 K për thithjen maksimale dhe një interval temperaturash prej 573–603 K për desorbimin e plotë52.Megjithatë, studimet eksperimentale nga Muthukumar et al.53 treguan se kapaciteti maksimal i ruajtjes së Mg2Ni për ruajtjen e hidrogjenit mund të arrihet në një temperaturë funksionimi prej 573 K, që korrespondon me kapacitetin e tij teorik.Prandaj, temperatura prej 573 K u zgjodh si temperatura fillestare e reaktorit MN në këtë studim.
Krijoni madhësi të ndryshme rrjeti për vërtetim dhe rezultate të besueshme.Në fig.2 tregon temperaturën mesatare në vende të zgjedhura në procesin e thithjes së hidrogjenit nga katër elementë të ndryshëm.Vlen të përmendet se vetëm një rast i secilit konfigurim është zgjedhur për të testuar pavarësinë e rrjetit për shkak të gjeometrisë së ngjashme.E njëjta metodë rrjetëzimi zbatohet në raste të tjera.Prandaj, zgjidhni opsionin 1 për tubin spirale dhe opsionin 4 për tubin gjysmë cilindrik.Në fig.2a, b tregon temperaturën mesatare në reaktor për opsionet 1 dhe 4, respektivisht.Tre vendet e zgjedhura përfaqësojnë konturet e temperaturës së shtratit në krye, në mes dhe në fund të reaktorit.Bazuar në konturet e temperaturës në vendet e zgjedhura, temperatura mesatare bëhet e qëndrueshme dhe tregon pak ndryshim në numrat e elementeve 428,891 dhe 430,599 për rastet 1 dhe 4, respektivisht.Prandaj, këto madhësi rrjeti u zgjodhën për llogaritjet e mëtejshme llogaritëse.Informacion i detajuar mbi temperaturën mesatare të shtratit për procesin e përthithjes së hidrogjenit për madhësi të ndryshme qelizash dhe rrjeta të rafinuara në mënyrë të njëpasnjëshme për të dyja rastet jepet në seksionin plotësues.
Temperatura mesatare e shtratit në pikat e zgjedhura në procesin e thithjes së hidrogjenit në një reaktor hidridi metalik me numra të ndryshëm rrjeti.(a) Temperatura mesatare në vendet e zgjedhura për rastin 1 dhe (b) Temperatura mesatare në vendet e zgjedhura për rastin 4.
Reaktori i hidridit metalik me bazë Mg në këtë studim u testua në bazë të rezultateve eksperimentale të Muthukumar et al.53.Në studimin e tyre, ata përdorën një aliazh Mg2Ni për të ruajtur hidrogjenin në tuba çeliku inox.Pendat e bakrit përdoren për të përmirësuar transferimin e nxehtësisë brenda reaktorit.Në fig.3a tregon një krahasim të temperaturës mesatare të shtratit të procesit të absorbimit midis studimit eksperimental dhe këtij studimi.Kushtet e funksionimit të zgjedhura për këtë eksperiment janë: temperatura fillestare MG 573 K dhe presioni i hyrjes 2 MPa.Nga fig.3a mund të tregohet qartë se ky rezultat eksperimental është në përputhje të mirë me atë aktual në lidhje me temperaturën mesatare të shtresës.
Verifikimi i modelit.(a) Verifikimi i kodit të reaktorit të hidridit metalik Mg2Ni duke krahasuar studimin aktual me punën eksperimentale të Muthukumar et al.52, dhe (b) verifikimin e modelit të rrjedhës së turbullt të tubit spirale duke krahasuar studimin aktual me atë të Kumar et al. .Hulumtimi.54.
Për të testuar modelin e turbulencës, rezultatet e këtij studimi u krahasuan me rezultatet eksperimentale të Kumar et al.54 për të konfirmuar korrektësinë e modelit të zgjedhur të turbulencës.Kumar et al.54 studiuan rrjedhën e turbullt në një shkëmbyes nxehtësie spirale tub në tub.Uji përdoret si lëng i nxehtë dhe i ftohtë i injektuar nga anët e kundërta.Temperaturat e lëngut të nxehtë dhe të ftohtë janë përkatësisht 323 K dhe 300 K.Numrat e Reynolds variojnë nga 3100 në 5700 për lëngjet e nxehta dhe nga 21,000 në 35,000 për lëngjet e ftohta.Numrat e dekanit janë 550-1000 për lëngjet e nxehta dhe 3600-6000 për lëngjet e ftohta.Diametrat e tubit të brendshëm (për lëngun e nxehtë) dhe tubit të jashtëm (për lëngun e ftohtë) janë përkatësisht 0,0254 m dhe 0,0508 m.Diametri dhe hapi i spirales spirale janë përkatësisht 0,762 m dhe 0,100 m.Në fig.3b tregon një krahasim të rezultateve eksperimentale dhe aktuale për çifte të ndryshme numrash Nusselt dhe Dean për ftohësin në tubin e brendshëm.Tre modele të ndryshme turbulence u zbatuan dhe u krahasuan me rezultatet eksperimentale.Siç tregohet në fig.3b, rezultatet e modelit të turbulencës k-ε të arritshme janë në përputhje të mirë me të dhënat eksperimentale.Prandaj, ky model u zgjodh në këtë studim.
Simulimet numerike në këtë studim janë kryer duke përdorur ANSYS Fluent 2020 R2.Shkruani një Funksion të Përcaktuar nga Përdoruesi (UDF) dhe përdorni atë si termin hyrës të ekuacionit të energjisë për të llogaritur kinetikën e procesit të përthithjes.Qarku PRESTO55 dhe metoda PISO56 përdoren për komunikimin presion-shpejtësi dhe korrigjimin e presionit.Zgjidhni një bazë qelize Greene-Gauss për gradientin e ndryshueshëm.Ekuacionet e momentit dhe të energjisë zgjidhen me metodën kundër erës së rendit të dytë.Për sa i përket koeficientëve të nënrelaksimit, komponentët e presionit, shpejtësisë dhe energjisë janë vendosur respektivisht në 0.5, 0.7 dhe 0.7.Funksionet standarde të murit aplikohen në HTF në modelin e turbulencës.
Ky seksion paraqet rezultatet e simulimeve numerike të transferimit të përmirësuar të nxehtësisë së brendshme të një reaktori MH duke përdorur një shkëmbyes nxehtësie me spirale (HCHE) dhe një shkëmbyes nxehtësie me spirale (SCHE) gjatë përthithjes së hidrogjenit.U analizua efekti i lartësisë së HTF në temperaturën e shtratit të reaktorit dhe kohëzgjatjen e përthithjes.Parametrat kryesorë të funksionimit të procesit të përthithjes janë studiuar dhe paraqitur në seksionin e analizës së ndjeshmërisë.
Për të hetuar efektin e ndarjes së spirales në transferimin e nxehtësisë në një reaktor MH, u hetuan tre konfigurime të shkëmbyesit të nxehtësisë me hapa të ndryshëm.Tre hapat e ndryshëm prej 15 mm, 12,86 mm dhe 10 mm janë caktuar përkatësisht trupi 1, trupi 2 dhe trupi 3.Duhet të theksohet se diametri i tubit ishte fiksuar në 6 mm në një temperaturë fillestare prej 573 K dhe një presion ngarkimi prej 1.8 MPa në të gjitha rastet.Në fig.4 tregon temperaturën mesatare të shtratit dhe përqendrimin e hidrogjenit në shtresën MH gjatë procesit të përthithjes së hidrogjenit në rastet 1 deri në 3. Në mënyrë tipike, reaksioni midis hidridit të metalit dhe hidrogjenit është ekzotermik ndaj procesit të përthithjes.Prandaj, temperatura e shtratit rritet me shpejtësi për shkak të momentit fillestar kur hidrogjeni futet për herë të parë në reaktor.Temperatura e shtratit rritet derisa të arrijë një vlerë maksimale dhe më pas zvogëlohet gradualisht ndërsa nxehtësia bartet nga ftohësi, i cili ka një temperaturë më të ulët dhe vepron si ftohës.Siç tregohet në fig.4a, për shkak të shpjegimit të mëparshëm, temperatura e shtresës rritet me shpejtësi dhe ulet vazhdimisht.Përqendrimi i hidrogjenit për procesin e përthithjes zakonisht bazohet në temperaturën e shtratit të reaktorit MH.Kur temperatura mesatare e shtresës bie në një temperaturë të caktuar, sipërfaqja metalike thith hidrogjenin.Kjo është për shkak të përshpejtimit të proceseve të fizisorbimit, kimisorbimit, difuzionit të hidrogjenit dhe formimit të hidrideve të tij në reaktor.Nga fig.4b mund të shihet se shkalla e përthithjes së hidrogjenit në rastin 3 është më e ulët se në rastet e tjera për shkak të vlerës më të vogël të hapit të shkëmbyesit të nxehtësisë së spirales.Kjo rezulton në një gjatësi të përgjithshme të tubit dhe një zonë më të madhe të transferimit të nxehtësisë për tubat HTF.Me një përqendrim mesatar të hidrogjenit prej 90%, koha e përthithjes për Rastin 1 është 46,276 sekonda.Krahasuar me kohëzgjatjen e përthithjes në rastin 1, kohëzgjatja e përthithjes në rastin 2 dhe 3 është zvogëluar përkatësisht me 724 s dhe 1263 s.Seksioni plotësues paraqet konturet e temperaturës dhe përqendrimit të hidrogjenit për vendndodhjet e zgjedhura në shtresën HCHE-MH.
Ndikimi i distancës ndërmjet bobinave në temperaturën mesatare të shtresës dhe përqendrimin e hidrogjenit.(a) Temperatura mesatare e shtratit për bobinat spirale, (b) përqendrimi i hidrogjenit për mbështjelljet spirale, (c) temperatura mesatare e shtratit për bobinat gjysmë cilindrike dhe (d) përqendrimi i hidrogjenit për mbështjelljet gjysmë cilindrike.
Për të përmirësuar karakteristikat e transferimit të nxehtësisë së reaktorit MG, u projektuan dy HFC për një vëllim konstant të MG (2000 cm3) dhe një shkëmbyes nxehtësie spirale (100 cm3) të Opsionit 3. Ky seksion gjithashtu merr në konsideratë efektin e distancës midis bobina prej 15 mm për rastin 4, 12,86 mm për rastin 5 dhe 10 mm për rastin 6. Në fig.4c,d tregon temperaturën mesatare të shtratit dhe përqendrimin e procesit të thithjes së hidrogjenit në një temperaturë fillestare prej 573 K dhe një presion ngarkimi prej 1.8 MPa.Sipas temperaturës mesatare të shtresës në figurën 4c, distanca më e vogël ndërmjet bobinave në rastin 6 e zvogëlon temperaturën ndjeshëm në krahasim me dy rastet e tjera.Për rastin 6, një temperaturë më e ulët e shtratit rezulton në një përqendrim më të lartë të hidrogjenit (shih Fig. 4d).Koha e marrjes së hidrogjenit për Variantin 4 është 19542 s, që është më shumë se 2 herë më e ulët se për Variantet 1-3 që përdorin HCH.Përveç kësaj, krahasuar me rastin 4, koha e përthithjes është zvogëluar gjithashtu me 378 s dhe 1515 s në rastet 5 dhe 6 me distanca më të ulëta.Seksioni plotësues paraqet konturet e temperaturës dhe përqendrimit të hidrogjenit për vendndodhjet e zgjedhura në shtresën SCHE-MH.
Për të studiuar performancën e dy konfigurimeve të shkëmbyesve të nxehtësisë, ky seksion paraqet dhe paraqet kthesat e temperaturës në tre vende të zgjedhura.Reaktori MH me HCHE nga rasti 3 u zgjodh për krahasim me reaktorin MH që përmban SCHE në rastin 4 sepse ka një vëllim MH konstant dhe një vëllim tubacioni.Kushtet e funksionimit për këtë krahasim ishin një temperaturë fillestare prej 573 K dhe një presion ngarkimi prej 1.8 MPa.Në fig.5a dhe 5b tregojnë të tre pozicionet e zgjedhura të profileve të temperaturës në rastet 3 dhe 4, respektivisht.Në fig.5c tregon profilin e temperaturës dhe përqendrimin e shtresës pas 20,000 s të marrjes së hidrogjenit.Sipas rreshtit 1 në figurën 5c, temperatura rreth TTF nga opsionet 3 dhe 4 zvogëlohet për shkak të transferimit konvektiv të nxehtësisë së ftohësit.Kjo rezulton në një përqendrim më të lartë të hidrogjenit rreth kësaj zone.Megjithatë, përdorimi i dy SCHE rezulton në një përqendrim më të lartë të shtresës.Përgjigje kinetike më të shpejta u gjetën rreth rajonit HTF në rastin 4. Përveç kësaj, një përqendrim maksimal prej 100% u gjet gjithashtu në këtë rajon.Nga linja 2 e vendosur në mes të reaktorit, temperatura e rastit 4 është dukshëm më e ulët se temperatura e rastit 3 në të gjitha vendet përveç qendrës së reaktorit.Kjo rezulton në përqendrimin maksimal të hidrogjenit për rastin 4 me përjashtim të rajonit pranë qendrës së reaktorit larg HTF.Megjithatë, përqendrimi i rastit 3 nuk ka ndryshuar shumë.Një ndryshim i madh në temperaturën dhe përqendrimin e shtresës u vu re në rreshtin 3 pranë hyrjes së GTS.Temperatura e shtresës në rastin 4 u ul ndjeshëm, duke rezultuar në përqendrimin më të lartë të hidrogjenit në këtë rajon, ndërsa vija e përqendrimit në rastin 3 ishte ende e luhatshme.Kjo është për shkak të përshpejtimit të transferimit të nxehtësisë SCHE.Detajet dhe diskutimi i krahasimit të temperaturës mesatare të shtresës MH dhe tubit HTF ndërmjet rastit 3 dhe rastit 4 jepen në seksionin plotësues.
Profili i temperaturës dhe përqendrimi i shtratit në vende të zgjedhura në reaktorin e hidridit të metalit.(a) Vende të zgjedhura për rastin 3, (b) Vende të zgjedhura për rastin 4, dhe (c) Profili i temperaturës dhe përqendrimi i shtresës në vendet e zgjedhura pas 20,000 s për procesin e marrjes së hidrogjenit në rastet 3 dhe 4.
Në fig.Figura 6 tregon një krahasim të temperaturës mesatare të shtratit (shih Fig. 6a) dhe përqendrimit të hidrogjenit (shih Fig. 6b) për thithjen e HCH dhe SHE.Nga kjo shifër mund të shihet se temperatura e shtresës MG zvogëlohet ndjeshëm për shkak të rritjes së zonës së shkëmbimit të nxehtësisë.Heqja e më shumë nxehtësisë nga reaktori rezulton në një shkallë më të lartë të marrjes së hidrogjenit.Megjithëse të dy konfigurimet e shkëmbyesve të nxehtësisë kanë vëllime të njëjta në krahasim me përdorimin e HCHE si Opsioni 3, koha e marrjes së hidrogjenit nga SCHE bazuar në Opsionin 4 u reduktua ndjeshëm me 59%.Për një analizë më të detajuar, përqendrimet e hidrogjenit për dy konfigurimet e shkëmbyesve të nxehtësisë janë paraqitur si izolina në Figurën 7. Kjo figurë tregon se në të dyja rastet, hidrogjeni fillon të absorbohet nga poshtë rreth hyrjes HTF.Përqendrime më të larta u gjetën në rajonin HTF, ndërsa përqëndrime më të ulëta u vunë re në qendër të reaktorit MH për shkak të distancës së tij nga shkëmbyesi i nxehtësisë.Pas 10,000 s, përqendrimi i hidrogjenit në rastin 4 është dukshëm më i lartë se në rastin 3. Pas 20,000 sekondash, përqendrimi mesatar i hidrogjenit në reaktor është rritur në 90% në rastin 4 krahasuar me 50% hidrogjen në rastin 3. Kjo mund të jetë për shkak në kapacitetin më të lartë ftohës efektiv të kombinimit të dy SCHE, duke rezultuar në një temperaturë më të ulët brenda shtresës MH.Rrjedhimisht, një presion më i ekuilibrit bie brenda shtresës MG, gjë që çon në një përthithje më të shpejtë të hidrogjenit.
Rasti 3 dhe Rasti 4 Krahasimi i temperaturës mesatare të shtratit dhe përqendrimit të hidrogjenit midis dy konfigurimeve të shkëmbyesve të nxehtësisë.
Krahasimi i përqendrimit të hidrogjenit pas 500, 2000, 5000, 10000 dhe 20000 s pas fillimit të procesit të përthithjes së hidrogjenit në rastin 3 dhe rastin 4.
Tabela 5 përmbledh kohëzgjatjen e marrjes së hidrogjenit për të gjitha rastet.Përveç kësaj, tabela tregon edhe kohën e përthithjes së hidrogjenit, e shprehur në përqindje.Kjo përqindje llogaritet në bazë të kohës së përthithjes së Rastit 1. Nga kjo tabelë, koha e përthithjes së reaktorit MH që përdor HCHE është rreth 45,000 deri në 46,000 s, dhe koha e përthithjes duke përfshirë SCHE është rreth 18,000 deri në 19,000 s.Krahasuar me Rastin 1, koha e përthithjes në Rastin 2 dhe Rastin 3 u reduktua me vetëm 1.6% dhe 2.7%, respektivisht.Kur përdorni SCHE në vend të HCHE, koha e përthithjes u zvogëlua ndjeshëm nga rasti 4 në rastin 6, nga 58% në 61%.Është e qartë se shtimi i SCHE në reaktorin MH përmirëson shumë procesin e përthithjes së hidrogjenit dhe performancën e reaktorit MH.Megjithëse instalimi i një shkëmbyesi nxehtësie brenda reaktorit MH zvogëlon kapacitetin e ruajtjes, kjo teknologji ofron një përmirësim të ndjeshëm në transferimin e nxehtësisë në krahasim me teknologjitë e tjera.Gjithashtu, ulja e vlerës së lartësisë do të rrisë vëllimin e SCHE, duke rezultuar në një ulje të vëllimit të MH.Në rastin 6 me vëllimin më të lartë SCHE, kapaciteti vëllimor MH u reduktua vetëm me 5% krahasuar me rastin 1 me vëllimin më të ulët HCHE.Përveç kësaj, gjatë përthithjes, rasti 6 tregoi performancë më të shpejtë dhe më të mirë me një ulje prej 61% në kohën e përthithjes.Prandaj rasti 6 u zgjodh për hetim të mëtejshëm në analizën e ndjeshmërisë.Duhet të theksohet se koha e gjatë e marrjes së hidrogjenit shoqërohet me një rezervuar depozitimi që përmban një vëllim MH prej rreth 2000 cm3.
Parametrat e funksionimit gjatë reaksionit janë faktorë të rëndësishëm që ndikojnë pozitivisht ose negativisht në performancën e reaktorit MH në kushte reale.Ky studim shqyrton një analizë ndjeshmërie për të përcaktuar parametrat e duhur të funksionimit fillestar për një reaktor MH në kombinim me SCHE, dhe ky seksion heton katër parametrat kryesorë të funksionimit bazuar në konfigurimin optimal të reaktorit në rastin 6. Rezultatet për të gjitha kushtet e funksionimit tregohen në Fig. 8.
Grafiku i përqendrimit të hidrogjenit në kushte të ndryshme funksionimi kur përdoret një shkëmbyes nxehtësie me një spirale gjysmë cilindrike.(a) presioni i ngarkimit, (b) temperatura fillestare e shtratit, (c) numri i ftohësit Reynolds dhe (d) temperatura e hyrjes së ftohësit.
Bazuar në një temperaturë fillestare konstante prej 573 K dhe një shpejtësi të rrjedhës së ftohësit me një numër Reynolds prej 14,000, u zgjodhën katër presione të ndryshme ngarkimi: 1.2 MPa, 1.8 MPa, 2.4 MPa dhe 3.0 MPa.Në fig.8a tregon efektin e presionit të ngarkesës dhe SCHE në përqendrimin e hidrogjenit me kalimin e kohës.Koha e përthithjes zvogëlohet me rritjen e presionit të ngarkesës.Përdorimi i një presioni të aplikuar hidrogjeni prej 1.2 MPa është rasti më i keq për procesin e përthithjes së hidrogjenit dhe kohëzgjatja e përthithjes tejkalon 26,000 s për të arritur 90% përthithje të hidrogjenit.Megjithatë, presioni më i lartë i ngarkesës rezultoi në një ulje prej 32-42% në kohën e përthithjes nga 1.8 në 3.0 MPa.Kjo është për shkak të presionit më të lartë fillestar të hidrogjenit, i cili rezulton në një ndryshim më të madh midis presionit të ekuilibrit dhe presionit të aplikuar.Prandaj, kjo krijon një forcë të madhe lëvizëse për kinetikën e marrjes së hidrogjenit.Në momentin fillestar, gazi i hidrogjenit përthithet me shpejtësi për shkak të ndryshimit të madh midis presionit të ekuilibrit dhe presionit të aplikuar57.Në një presion ngarkimi prej 3.0 MPa, 18% hidrogjen u grumbullua me shpejtësi gjatë 10 sekondave të para.Hidrogjeni u ruajt në 90% të reaktorëve në fazën përfundimtare për 15460 s.Megjithatë, në një presion ngarkimi prej 1.2 deri në 1.8 MPa, koha e përthithjes u ul ndjeshëm me 32%.Presionet e tjera më të larta kishin më pak efekt në përmirësimin e kohës së përthithjes.Prandaj, rekomandohet që presioni i ngarkimit të reaktorit MH-SCHE të jetë 1.8 MPa.Seksioni plotësues tregon konturet e përqendrimit të hidrogjenit për presione të ndryshme ngarkimi në 15500 s.
Zgjedhja e një temperature fillestare të përshtatshme të reaktorit MH është një nga faktorët kryesorë që ndikon në procesin e përthithjes së hidrogjenit, pasi ndikon në forcën lëvizëse të reaksionit të formimit të hidridit.Për të studiuar efektin e SCHE në temperaturën fillestare të reaktorit MH, u zgjodhën katër temperatura të ndryshme në një presion ngarkimi konstant prej 1.8 MPa dhe një numër Reynolds prej 14,000 HTF.Në fig.Figura 8b tregon një krahasim të temperaturave të ndryshme fillestare, duke përfshirë 473K, 523K, 573K dhe 623K.Në fakt, kur temperatura është më e lartë se 230°C ose 503K58, aliazhi Mg2Ni ka karakteristika efektive për procesin e përthithjes së hidrogjenit.Megjithatë, në momentin fillestar të injektimit të hidrogjenit, temperatura rritet me shpejtësi.Për rrjedhojë, temperatura e shtresës MG do të kalojë 523 K. Prandaj, formimi i hidrideve lehtësohet për shkak të rritjes së shkallës së përthithjes53.Nga fig.Mund të shihet nga Fig. 8b se hidrogjeni absorbohet më shpejt ndërsa temperatura fillestare e shtresës MB zvogëlohet.Presionet më të ulëta të ekuilibrit ndodhin kur temperatura fillestare është më e ulët.Sa më i madh të jetë diferenca e presionit midis presionit të ekuilibrit dhe presionit të aplikuar, aq më i shpejtë është procesi i përthithjes së hidrogjenit.Në një temperaturë fillestare prej 473 K, hidrogjeni absorbohet me shpejtësi deri në 27% gjatë 18 sekondave të para.Përveç kësaj, koha e përthithjes u zvogëlua gjithashtu nga 11% në 24% në një temperaturë fillestare më të ulët krahasuar me temperaturën fillestare prej 623 K. Koha e përthithjes në temperaturën fillestare më të ulët prej 473 K është 15247 s, e cila është e ngjashme me më të mirën. presioni i ngarkesës së rastit, megjithatë, ulja e temperaturës fillestare të temperaturës së reaktorit çon në një ulje të kapacitetit të ruajtjes së hidrogjenit.Temperatura fillestare e reaktorit MN duhet të jetë së paku 503 K53.Përveç kësaj, në një temperaturë fillestare prej 573 K53, mund të arrihet një kapacitet maksimal i ruajtjes së hidrogjenit prej 3,6 % wt.Për sa i përket kapacitetit të ruajtjes së hidrogjenit dhe kohëzgjatjes së absorbimit, temperaturat midis 523 dhe 573 K shkurtojnë kohën me vetëm 6%.Prandaj, si temperaturë fillestare e reaktorit MH-SCHE propozohet një temperaturë prej 573 K.Megjithatë, efekti i temperaturës fillestare në procesin e përthithjes ishte më pak i rëndësishëm në krahasim me presionin e ngarkimit.Seksioni plotësues tregon konturet e përqendrimit të hidrogjenit për temperatura të ndryshme fillestare në 15500 s.
Shpejtësia e rrjedhjes është një nga parametrat kryesorë të hidrogjenizimit dhe dehidrogjenizimit, sepse mund të ndikojë në turbulencën dhe largimin ose hyrjen e nxehtësisë gjatë hidrogjenizimit dhe dehidrogjenizimit59.Shkalla e lartë e rrjedhës do të krijojë faza të turbullta dhe do të rezultojë në rrjedhje më të shpejtë të lëngut përmes tubit HTF.Ky reagim do të rezultojë në transferim më të shpejtë të nxehtësisë.Shpejtësitë e ndryshme të hyrjes për HTF llogariten bazuar në numrat Reynolds prej 10,000, 14,000, 18,000 dhe 22,000.Temperatura fillestare e shtresës MG u fiksua në 573 K dhe presioni i ngarkimit në 1.8 MPa.Rezultatet në fig.8c demonstrojnë se përdorimi i një numri më të lartë Reynolds në kombinim me SCHE rezulton në një shkallë më të lartë të marrjes.Ndërsa numri i Reynolds rritet nga 10,000 në 22,000, koha e përthithjes zvogëlohet me rreth 28-50%.Koha e përthithjes në një numër Reynolds prej 22,000 është 12,505 sekonda, që është më pak se në temperatura dhe presione të ndryshme të ngarkimit fillestar.Konturet e përqendrimit të hidrogjenit për numra të ndryshëm Reynolds për GTP në 12500 s janë paraqitur në seksionin plotësues.
Efekti i SCHE në temperaturën fillestare të HTF është analizuar dhe treguar në Fig. 8d.Në një temperaturë fillestare MG prej 573 K dhe një presion ngarkimi hidrogjeni prej 1,8 MPa, për këtë analizë u zgjodhën katër temperatura fillestare: 373 K, 473 K, 523 K dhe 573 K. 8d tregon se një rënie në temperaturën e ftohësit në hyrje çon në një ulje të kohës së përthithjes.Krahasuar me rastin bazë me një temperaturë hyrëse prej 573 K, koha e përthithjes u zvogëlua me afërsisht 20%, 44% dhe 56% për temperaturat e hyrjes përkatësisht 523 K, 473 K dhe 373 K.Në 6917 s, temperatura fillestare e GTF është 373 K, përqendrimi i hidrogjenit në reaktor është 90%.Kjo mund të shpjegohet me transferimin e zgjeruar të nxehtësisë konvektive midis shtresës MG dhe HCS.Temperaturat më të ulëta të HTF do të rrisin shpërndarjen e nxehtësisë dhe do të rezultojnë në rritjen e marrjes së hidrogjenit.Ndër të gjithë parametrat e funksionimit, përmirësimi i performancës së reaktorit MH-SCHE duke rritur temperaturën e hyrjes HTF ishte metoda më e përshtatshme, pasi koha e përfundimit të procesit të përthithjes ishte më pak se 7000 s, ndërsa koha më e shkurtër e thithjes së metodave të tjera ishte më shumë. se 10000 s.Konturet e përqendrimit të hidrogjenit janë paraqitur për temperatura të ndryshme fillestare të GTP për 7000 s.
Ky studim prezanton për herë të parë një shkëmbyes nxehtësie të re gjysmë cilindrike të integruar në një njësi depozitimi të hidridit metalik.Aftësia e sistemit të propozuar për të thithur hidrogjenin u hetua me konfigurime të ndryshme të shkëmbyesit të nxehtësisë.Ndikimi i parametrave të funksionimit në shkëmbimin e nxehtësisë midis shtresës së hidridit të metalit dhe ftohësit u hetua për të gjetur kushtet optimale për ruajtjen e hidrideve metalike duke përdorur një shkëmbyes të ri nxehtësie.Gjetjet kryesore të këtij studimi janë përmbledhur si më poshtë:
Me një shkëmbyes nxehtësie gjysmë cilindrike, performanca e transferimit të nxehtësisë përmirësohet sepse ka një shpërndarje më uniforme të nxehtësisë në reaktorin e shtresës së magnezit, duke rezultuar në një shkallë më të mirë të përthithjes së hidrogjenit.Me kusht që vëllimi i tubit të shkëmbimit të nxehtësisë dhe hidridit të metalit të mbetet i pandryshuar, koha e reagimit të përthithjes zvogëlohet ndjeshëm me 59% në krahasim me një shkëmbyes nxehtësie të zakonshme me mbështjellje.
Koha e postimit: Jan-15-2023