Salamat sa pagbisita sa Nature.com.Naggamit ka usa ka bersyon sa browser nga adunay limitado nga suporta sa CSS.Alang sa labing kaayo nga kasinatian, among girekomenda nga mogamit ka usa ka bag-ong browser (o i-disable ang Compatibility Mode sa Internet Explorer).Dugang pa, aron masiguro ang padayon nga suporta, gipakita namon ang site nga wala’y mga istilo ug JavaScript.
Nagpakita sa usa ka carousel sa tulo ka mga slide sa usa ka higayon.Gamita ang Kaniadto ug Sunod nga mga buton sa paglihok sa tulo ka mga slide sa usa ka higayon, o gamita ang mga buton sa slider sa katapusan aron sa paglihok sa tulo ka mga slide sa usa ka higayon.
Ang metal hydride (MH) giila nga usa sa labing angay nga mga grupo sa materyal alang sa pagtipig sa hydrogen tungod sa ilang dako nga kapasidad sa pagtipig sa hydrogen, ubos nga presyur sa operasyon ug taas nga kaluwasan.Bisan pa, ang ilang hinay nga hydrogen uptake kinetics makapakunhod pag-ayo sa pasundayag sa pagtipig.Ang mas paspas nga pagtangtang sa kainit gikan sa pagtipig sa MH mahimong adunay hinungdanon nga papel sa pagdugang sa rate sa pagsuhop sa hydrogen, nga moresulta sa pagpauswag sa pasundayag sa pagtipig.Bahin niini, kini nga pagtuon gitumong sa pagpauswag sa mga kinaiya sa pagbalhin sa kainit aron positibo nga maimpluwensyahan ang rate sa pagsuyup sa hydrogen sa sistema sa pagtipig sa MH.Ang bag-ong semi-cylindrical coil una nga naugmad ug na-optimize alang sa pagtipig sa hydrogen ug gilakip ingon usa ka internal nga air-as-heat exchanger (HTF).Base sa lain-laing mga gidak-on sa pitch, ang epekto sa bag-ong heat exchanger configuration gisusi ug itandi sa conventional helical coil geometry.Dugang pa, ang mga operating parameter sa pagtipig sa MG ug GTP gitun-an sa numero aron makuha ang labing maayo nga mga kantidad.Para sa numerical simulation, ANSYS Fluent 2020 R2 ang gigamit.Ang mga resulta niini nga pagtuon nagpakita nga ang performance sa usa ka MH storage tank mahimong kamahinungdanon milambo pinaagi sa paggamit sa usa ka semi-cylindrical coil heat exchanger (SCHE).Kung itandi sa naandan nga spiral coil heat exchangers, ang gidugayon sa pagsuyup sa hydrogen mikunhod sa 59%.Ang pinakagamay nga gilay-on tali sa SCHE coils miresulta sa 61% nga pagkunhod sa oras sa pagsuyup.Mahitungod sa operating parameters sa MG storage gamit ang SHE, ang tanan nga pinili nga mga parameter mosangpot sa usa ka mahinungdanon nga pag-uswag sa proseso sa pagsuyup sa hydrogen, ilabi na ang temperatura sa pagsulod ngadto sa HTS.
Adunay usa ka global nga transisyon gikan sa enerhiya nga gibase sa fossil fuels ngadto sa renewable energy.Tungod kay daghang mga porma sa nabag-o nga enerhiya ang naghatag gahum sa dinamikong paagi, gikinahanglan ang pagtipig sa enerhiya aron mabalanse ang karga.Ang pagtipig sa enerhiya nga nakabase sa hydrogen nakadani sa daghang atensyon alang niini nga katuyoan, labi na tungod kay ang hydrogen mahimong magamit ingon usa ka "berde" nga alternatibong sugnod ug tigdala sa enerhiya tungod sa mga kabtangan ug kadali niini.Dugang pa, ang hydrogen nagtanyag usab og mas taas nga sulod sa enerhiya kada yunit sa masa kon itandi sa fossil fuel2.Adunay upat ka nag-unang matang sa pagtipig sa enerhiya sa hydrogen: compressed gas storage, underground storage, liquid storage, ug solid storage.Ang compressed hydrogen mao ang nag-unang tipo nga gigamit sa mga fuel cell nga mga sakyanan sama sa mga bus ug forklift.Bisan pa, kini nga pagtipig naghatag gamay nga bulk density sa hydrogen (gibana-bana nga 0.089 kg/m3) ug adunay mga isyu sa kaluwasan nga adunay kalabotan sa taas nga presyur sa operasyon3.Pinasukad sa proseso sa pagkakabig sa ubos nga temperatura ug presyur sa palibot, ang pagtipig sa likido magtipig sa hydrogen sa likido nga porma.Apan, kon liquefied, mga 40% sa enerhiya ang mawala.Dugang pa, kini nga teknolohiya nahibal-an nga mas kusog ug kusog sa pagtrabaho kung itandi sa solid state storage technologies4.Ang solid nga pagtipig usa ka praktikal nga kapilian alang sa usa ka ekonomiya sa hydrogen, nga nagtipig sa hydrogen pinaagi sa paglakip sa hydrogen sa solid nga mga materyales pinaagi sa pagsuyup ug pagpagawas sa hydrogen pinaagi sa desorption.Ang metal hydride (MH), usa ka solido nga teknolohiya sa pagtipig sa materyal, bag-ohay nga interesado sa mga aplikasyon sa fuel cell tungod sa taas nga kapasidad sa hydrogen, ubos nga presyur sa operasyon, ug mubu nga gasto kung itandi sa pagtipig sa likido, ug angay alang sa mga estasyon ug mobile nga aplikasyon6,7 Sa. Dugang pa, ang mga materyales sa MH naghatag usab og mga kabtangan sa kaluwasan sama sa episyente nga pagtipig sa dako nga kapasidad8.Apan, adunay problema nga naglimite sa produktibidad sa MG: ang ubos nga thermal conductivity sa MG reactor mosangpot sa hinay nga pagsuyup ug desorption sa hydrogen.
Ang husto nga pagbalhin sa kainit sa panahon sa exothermic ug endothermic nga mga reaksyon mao ang yawe sa pagpalambo sa performance sa MH reactors.Alang sa proseso sa pagkarga sa hydrogen, ang namugna nga kainit kinahanglan tangtangon gikan sa reaktor aron makontrol ang pag-agos sa pagkarga sa hydrogen sa gusto nga rate nga adunay labing taas nga kapasidad sa pagtipig.Hinuon, gikinahanglan ang kainit aron madugangan ang rate sa ebolusyon sa hydrogen sa panahon sa pag-discharge.Aron mapauswag ang performance sa init ug mass transfer, daghang mga tigdukiduki ang nagtuon sa disenyo ug pag-optimize base sa daghang mga hinungdan sama sa operating parameters, MG structure, ug MG11 optimization.Ang pag-optimize sa MG mahimo pinaagi sa pagdugang sa taas nga thermal conductivity nga mga materyales sama sa foam metal sa mga layer sa MG 12,13.Busa, ang epektibo nga thermal conductivity mahimong madugangan gikan sa 0.1 ngadto sa 2 W/mK10.Bisan pa, ang pagdugang sa mga solidong materyales labi nga nagpamenos sa gahum sa MN reactor.Mahitungod sa operating parameters, ang mga kalamboan mahimong makab-ot pinaagi sa pag-optimize sa inisyal nga mga kondisyon sa pag-operate sa MG layer ug coolant (HTF).Ang istruktura sa MG mahimong ma-optimize tungod sa geometry sa reactor ug ang disenyo sa heat exchanger.Mahitungod sa pagsumpo sa MH reactor heat exchanger, ang mga pamaagi mahimong bahinon sa duha ka matang.Kini ang mga internal nga heat exchanger nga gitukod sa MO layer ug external heat exchanger nga nagtabon sa MO layer sama sa fins, cooling jackets ug water baths.Mahitungod sa external heat exchanger, gi-analisar sa Kaplan16 ang operasyon sa MH reactor, gamit ang makapabugnaw nga tubig isip dyaket aron makunhuran ang temperatura sa sulod sa reaktor.Ang mga resulta gitandi sa usa ka 22 ka round fin reactor ug laing reactor nga gipabugnaw sa natural nga convection.Gipahayag nila nga ang presensya sa usa ka makapabugnaw nga dyaket makapakunhod sa temperatura sa MH, sa ingon nagdugang ang rate sa pagsuyup.Ang numerical nga mga pagtuon sa water-jacketed MH reactor ni Patil ug Gopal17 nagpakita nga ang presyur sa suplay sa hydrogen ug ang temperatura sa HTF mao ang mga yawe nga parameter nga nag-impluwensya sa rate sa hydrogen uptake ug desorption.
Ang pagdugang sa heat transfer area pinaagi sa pagdugang sa mga fins ug heat exchangers nga gitukod sa MH mao ang yawe sa pagpauswag sa performance sa init ug mass transfer ug busa ang storage performance sa MH18.Daghang internal heat exchanger configurations (tul-id nga tubo ug spiral coil) ang gidesinyo sa pag-circulate sa coolant sa MH19,20,21,22,23,24,25,26 reactor.Gamit ang internal heat exchanger, ang pagpabugnaw o pagpainit nga likido magbalhin sa lokal nga kainit sulod sa MH reactor atol sa proseso sa hydrogen adsorption.Si Raju ug Kumar [27] migamit ug daghang tul-id nga mga tubo isip tigbaylo sa kainit aron mapauswag ang pasundayag sa MG.Gipakita sa ilang mga resulta nga ang mga oras sa pagsuyup naminusan kung ang mga tul-id nga tubo gigamit ingon mga tigbaylo sa kainit.Dugang pa, ang paggamit sa tul-id nga mga tubo nagpamubo sa oras sa hydrogen desorption28.Ang mas taas nga rate sa pag-agos sa coolant nagdugang sa rate sa pag-charge ug pagdiskarga sa hydrogen29.Bisan pa, ang pagdugang sa gidaghanon sa mga cooling tubes adunay positibo nga epekto sa MH performance kaysa coolant flow rate30,31.Si Raju et al.32 migamit sa LaMi4.7Al0.3 isip MH nga materyal aron tun-an ang performance sa multitube heat exchangers sa mga reactor.Gi-report nila nga ang mga parameter sa pag-opera adunay hinungdanon nga epekto sa proseso sa pagsuyup, labi na ang presyur sa feed ug dayon ang rate sa pag-agos sa HTF.Bisan pa, ang temperatura sa pagsuyup nahimo nga dili kaayo kritikal.
Ang pasundayag sa MH reactor dugang nga gipauswag pinaagi sa paggamit sa usa ka spiral coil heat exchanger tungod sa iyang gipaayo nga pagbalhin sa kainit kumpara sa mga tul-id nga tubo.Kini tungod kay ang ikaduhang siklo mas makatangtang sa kainit gikan sa reaktor25.Dugang pa, ang mga spiral tubes naghatag og usa ka dako nga lugar sa nawong alang sa pagbalhin sa kainit gikan sa MH layer ngadto sa coolant.Kung kini nga pamaagi gipaila sa sulod sa reaktor, ang pag-apod-apod sa mga tubo sa pagbinayloay sa kainit mas parehas usab33.Wang ug uban pa.Gitun-an sa 34 ang epekto sa gidugayon sa hydrogen uptake pinaagi sa pagdugang sa usa ka helical coil sa usa ka MH reactor.Gipakita sa ilang mga resulta nga samtang ang heat transfer coefficient sa coolant nagdugang, ang oras sa pagsuyup mikunhod.Wu ug uban pa.25 nag-imbestigar sa performance sa Mg2Ni based MH reactors ug coiled coil heat exchangers.Ang ilang mga pagtuon sa numero nagpakita sa pagkunhod sa oras sa reaksyon.Ang pag-uswag sa mekanismo sa pagbalhin sa kainit sa MN reactor gibase sa mas gamay nga ratio sa screw pitch sa screw pitch ug usa ka dimensionless screw pitch.Usa ka eksperimento nga pagtuon ni Mellouli et al.21 gamit ang coiled coil isip internal heat exchanger nagpakita nga ang temperatura sa pagsugod sa HTF adunay dakong epekto sa pagpauswag sa hydrogen uptake ug desorption time.Ang mga kombinasyon sa lain-laing internal heat exchanger gihimo sa daghang mga pagtuon.Eisapur ug uban pa.35 nagtuon sa pagtipig sa hydrogen gamit ang usa ka spiral coil heat exchanger nga adunay sentro nga tubo sa pagbalik aron mapaayo ang proseso sa pagsuyup sa hydrogen.Gipakita sa ilang mga resulta nga ang spiral tube ug ang central return tube makapauswag sa pagbalhin sa kainit tali sa coolant ug sa MG.Ang mas gamay nga pitch ug mas dako nga diametro sa spiral tube nagdugang sa rate sa kainit ug mass transfer.Ardahaie ug uban pa.36 migamit ug flat spiral tubes isip heat exchangers aron mapalambo ang heat transfer sulod sa reactor.Gitaho nila nga ang gidugayon sa pagsuyup gipakunhod pinaagi sa pagdugang sa gidaghanon sa mga flattened spiral tube planes.Ang mga kombinasyon sa lain-laing internal heat exchanger gihimo sa daghang mga pagtuon.Dhau ug uban pa.37 nagpauswag sa performance sa MH gamit ang coiled coil heat exchanger ug fins.Gipakita sa ilang mga resulta nga kini nga pamaagi nagpamenos sa oras sa pagpuno sa hydrogen sa usa ka hinungdan nga 2 kumpara sa kaso nga wala’y kapay.Ang annular fins gihiusa sa mga cooling tubes ug gitukod sa MN reactor.Ang mga resulta niini nga pagtuon nagpakita nga kini nga hiniusa nga pamaagi naghatag og mas uniporme nga pagbalhin sa kainit kon itandi sa MH reactor nga walay mga kapay.Bisan pa, ang paghiusa sa lainlaing mga heat exchanger negatibo nga makaapekto sa gibug-aton ug gidaghanon sa MH reactor.Gikumpara ni Wu et al.18 ang lain-laing mga configuration sa heat exchanger.Naglakip kini sa mga tul-id nga tubo, kapay ug spiral coils.Gi-report sa mga tagsulat nga ang mga spiral coils naghatag sa labing kaayo nga pag-uswag sa pagbalhin sa kainit ug masa.Dugang pa, kon itandi sa tul-id nga mga tubo, mga linukot nga tubo, ug tul-id nga mga tubo nga gihiusa sa mga linukot nga tubo, ang double coils adunay mas maayo nga epekto sa pagpalambo sa pagbalhin sa kainit.Usa ka pagtuon ni Sekhar et al.40 nagpakita nga ang susama nga pag-uswag sa hydrogen uptake nakab-ot gamit ang spiral coil isip internal heat exchanger ug finned external cooling jacket.
Sa mga pananglitan nga gihisgutan sa ibabaw, ang paggamit sa mga spiral coils isip internal heat exchangers naghatag og mas maayo nga kainit ug mass transfer improvements kay sa ubang heat exchangers, ilabi na ang straight tubes ug fins.Busa, ang tumong niini nga pagtuon mao ang pagpalambo pa sa spiral coil aron mapalambo ang performance sa heat transfer.Sa unang higayon, usa ka bag-ong semi-cylindrical coil ang naugmad base sa naandan nga MH storage helical coil.Kini nga pagtuon gilauman nga mapauswag ang pasundayag sa pagtipig sa hydrogen pinaagi sa pagkonsiderar sa usa ka bag-ong disenyo sa heat exchanger nga adunay mas maayo nga layout sa heat transfer zone nga gihatag sa kanunay nga gidaghanon sa MH bed ug HTF tubes.Ang pasundayag sa pagtipig niining bag-ong heat exchanger gitandi sa naandan nga spiral coil heat exchangers base sa lain-laing mga coil pitches.Sumala sa kasamtangan nga literatura, ang mga kondisyon sa pag-operate ug gilay-on sa mga coil mao ang mga nag-unang hinungdan nga nakaapekto sa pasundayag sa mga reaktor sa MH.Aron ma-optimize ang disenyo niining bag-ong heat exchanger, ang epekto sa coil spacing sa hydrogen uptake time ug MH volume gisusi.Dugang pa, aron masabtan ang relasyon tali sa bag-ong hemi-cylindrical coils ug mga kondisyon sa pag-operate, ang ikaduha nga tumong niini nga pagtuon mao ang pagtuon sa mga kinaiya sa reactor sumala sa lain-laing mga operating parameter range ug pagtino sa angay nga mga bili alang sa matag operating. mode.parametro.
Ang performance sa hydrogen energy storage device niini nga pagtuon gisusi base sa duha ka heat exchanger configurations (lakip na ang spiral tubes sa mga kaso 1 ngadto sa 3 ug semi-cylindrical tubes sa mga kaso 4 ngadto sa 6) ug usa ka sensitivity analysis sa operating parameters.Ang operability sa MH reactor gisulayan sa unang higayon gamit ang spiral tube isip heat exchanger.Parehong ang coolant oil pipe ug ang MH reactor vessel kay ginama sa stainless steel.Kini kinahanglan nga matikdan nga ang mga sukod sa MG reactor ug ang diametro sa GTF pipe mao ang kanunay sa tanan nga mga kaso, samtang ang mga lakang gidak-on sa GTF lain-laing.Kini nga seksyon nag-analisar sa epekto sa gidak-on sa pitch sa HTF coils.Ang gitas-on ug gawas nga diyametro sa reaktor mao ang 110 mm ug 156 mm, matag usa.Ang diametro sa tubo sa lana nga nagdala sa init gitakda sa 6mm.Tan-awa ang Supplementary Section para sa mga detalye sa MH reactor circuit diagram nga adunay spiral tubes ug duha ka semi-cylindrical tubes.
Sa fig.Gipakita sa 1a ang MH spiral tube reactor ug ang mga sukod niini.Ang tanan nga geometric nga mga parameter gihatag sa lamesa.1. Ang kinatibuk-ang gidaghanon sa helix ug ang gidaghanon sa ZG gibana-bana nga 100 cm3 ug 2000 cm3, matag usa.Gikan niining MH reactor, ang hangin sa porma sa HTF gipakaon ngadto sa porous MH reactor gikan sa ubos pinaagi sa spiral tube, ug ang hydrogen gipasulod gikan sa ibabaw nga bahin sa reactor.
Paghulagway sa mga pinili nga geometries alang sa metal hydride reactors.a) nga adunay spiral-tubular heat exchanger, b) nga adunay semi-cylindrical tubular heat exchanger.
Ang ikaduhang bahin nagsusi sa operasyon sa MH reactor base sa semi-cylindrical tube isip heat exchanger.Sa fig.Ang 1b nagpakita sa MN reactor nga adunay duha ka semi-cylindrical nga tubo ug ang ilang mga sukod.Ang talaan 1 naglista sa tanang geometric nga mga parameter sa semi-cylindrical nga mga tubo, nga nagpabilin nga makanunayon, gawas sa gilay-on tali kanila.Kinahanglan nga matikdan nga ang semi-cylindrical tube sa Case 4 gidisenyo nga adunay kanunay nga gidaghanon sa HTF tube ug MH alloy sa coiled tube (opsyon 3).Sama sa fig.1b, ang hangin gipaila usab gikan sa ubos sa duha ka semi-cylindrical HTF tubes, ug ang hydrogen gipaila gikan sa atbang nga direksyon sa MH reactor.
Tungod sa bag-ong disenyo sa heat exchanger, ang katuyoan niini nga seksyon mao ang pagtino sa angay nga inisyal nga mga bili alang sa mga operating parameter sa MH reactor inubanan sa SCHE.Sa tanan nga mga kaso, ang hangin gigamit ingon usa ka coolant aron makuha ang kainit gikan sa reactor.Taliwala sa mga lana sa pagbalhin sa kainit, ang hangin ug tubig kasagarang gipili isip mga lana sa pagbalhin sa kainit alang sa mga reaktor sa MH tungod sa ilang ubos nga gasto ug ubos nga epekto sa kinaiyahan.Tungod sa taas nga operating temperature range sa magnesium-based alloys, gipili ang hangin isip coolant niini nga pagtuon.Dugang pa, kini usab adunay mas maayo nga mga kinaiya sa pag-agos kaysa sa ubang mga likido nga metal ug tinunaw nga mga asin41.Gilista sa Talaan 2 ang mga kabtangan sa hangin sa 573 K. Alang sa pagtuki sa pagkasensitibo niini nga seksyon, ang labing kaayo nga mga pag-configure sa mga kapilian sa pasundayag sa MH-SCHE (sa mga kaso 4 hangtod 6) ang gipadapat.Ang mga banabana niini nga seksyon gibase sa nagkalain-laing operating parameters, lakip ang inisyal nga temperatura sa MH reactor, ang hydrogen loading pressure, ang HTF inlet temperature, ug ang Reynolds number nga gikalkulo pinaagi sa pagbag-o sa HTF rate.Ang talaan 3 naglangkob sa tanang operating parameters nga gigamit alang sa sensitivity analysis.
Kini nga seksyon naghulagway sa tanan nga gikinahanglan nga kontrol equation alang sa proseso sa hydrogen pagsuyup, turbulence ug kainit pagbalhin sa coolant.
Aron mapasayon ang solusyon sa hydrogen uptake reaction, ang mosunod nga mga pangagpas gihimo ug gihatag;
Atol sa pagsuyup, ang thermophysical nga mga kabtangan sa hydrogen ug metal hydride kanunay.
Ang hydrogen gikonsiderar nga usa ka sulundon nga gas, busa ang mga kondisyon sa lokal nga thermal equilibrium43,44 gikonsiderar.
diin ang \({L}_{gas}\) mao ang radius sa tangke, ug ang \({L}_{heat}\) mao ang axial nga gitas-on sa tangke.Kung ang N dili mubu sa 0.0146, ang pag-agos sa hydrogen sa tangke mahimong mabalewala sa simulation nga wala’y hinungdan nga sayup.Sumala sa kasamtangan nga panukiduki, ang N mas ubos kay sa 0.1.Busa, ang pressure gradient nga epekto mahimong mapasagdan.
Ang mga dingding sa reaktor maayo nga insulated sa tanan nga mga kaso.Busa, walay heat exchange 47 tali sa reactor ug sa palibot.
Nahibal-an kaayo nga ang Mg-based nga mga alloy adunay maayo nga hydrogenation nga mga kinaiya ug taas nga kapasidad sa pagtipig sa hydrogen hangtod sa 7.6 wt%8.Sa mga termino sa solid state hydrogen storage applications, kini nga mga alloy nailhan usab nga lightweight nga mga materyales.Dugang pa, sila adunay maayo kaayo nga pagbatok sa kainit ug maayo nga pagkaproseso8.Taliwala sa daghang Mg-based alloys, Mg2Ni-based MgNi alloy mao ang usa sa labing angay nga mga opsyon alang sa MH storage tungod sa hydrogen storage capacity niini nga hangtod sa 6 wt%.Ang Mg2Ni alloys naghatag usab ug mas paspas nga adsorption ug desorption kinetics kumpara sa MgH48 alloy.Busa, ang Mg2Ni gipili isip metal hydride nga materyal niini nga pagtuon.
Ang equation sa enerhiya gipahayag nga 25 base sa balanse sa kainit tali sa hydrogen ug Mg2Ni hydride:
Ang X mao ang gidaghanon sa hydrogen nga masuhop sa ibabaw sa metal, ang yunit mao ang \(bug-at\%\), kalkulado gikan sa kinetic equation \(\frac{dX}{dt}\) atol sa pagsuyup ingon sa mosunod49:
diin ang \({C}_{a}\) mao ang gikusgon sa reaksyon ug ang \({E}_{a}\) mao ang enerhiya sa pagpaaktibo.Ang \({P}_{a,eq}\) mao ang equilibrium pressure sulod sa metal hydride reactor atol sa proseso sa pagsuyup, nga gihatag sa van't Hoff equation sama sa mosunod25:
Diin ang \({P}_{ref}\) mao ang reference pressure sa 0.1 MPa.Ang \(\Delta H\) ug \(\Delta S\) mao ang enthalpy ug entropy sa reaksyon, matag usa.Ang mga kabtangan sa mga alloy nga Mg2Ni ug hydrogen gipresentar sa lamesa.4. Ang gihinganlan nga lista makita sa dugang nga seksyon.
Ang agos sa pluwido gikonsiderar nga gubot tungod kay ang tulin niini ug numero sa Reynolds (Re) 78.75 ms-1 ug 14000, matag usa.Niini nga pagtuon, usa ka makab-ot nga k-ε turbulence model ang gipili.Namatikdan nga kini nga pamaagi naghatag og mas taas nga katukma kumpara sa ubang mga k-ε nga mga pamaagi, ug nagkinahanglan usab og gamay nga oras sa pag-compute kaysa RNG k-ε50,51 nga mga pamaagi.Tan-awa ang Supplementary Section para sa mga detalye sa batakang equation para sa heat transfer fluids.
Sa sinugdan, ang rehimen sa temperatura sa reaktor sa MN managsama, ug ang kasagaran nga konsentrasyon sa hydrogen mao ang 0.043.Gituohan nga ang gawas nga utlanan sa MH reactor maayo nga insulated.Ang mga alloy nga nakabase sa magnesium kasagarang nanginahanglan ug taas nga temperatura sa operasyon sa reaksyon aron matipigan ug buhian ang hydrogen sa reaktor.Ang Mg2Ni alloy nanginahanglan ug temperatura nga range nga 523–603 K para sa pinakataas nga pagsuyup ug temperatura range nga 573–603 K para sa kompleto nga desorption52.Bisan pa, ang mga pagtuon sa eksperimento ni Muthukumar et al.53 nagpakita nga ang labing kataas nga kapasidad sa pagtipig sa Mg2Ni alang sa pagtipig sa hydrogen mahimong makab-ot sa usa ka temperatura sa operasyon nga 573 K, nga katumbas sa kapasidad sa teoretikal niini.Busa, ang temperatura sa 573 K gipili isip inisyal nga temperatura sa MN reactor niini nga pagtuon.
Paghimo lain-laing mga gidak-on sa grid alang sa validation ug kasaligan nga mga resulta.Sa fig.2 nagpakita sa kasagaran nga temperatura sa pinili nga mga dapit sa hydrogen pagsuyup proseso gikan sa upat ka lain-laing mga elemento.Angayan nga hinumdoman nga usa ra ka kaso sa matag configuration ang gipili aron sulayan ang independensya sa grid tungod sa parehas nga geometry.Ang parehas nga pamaagi sa pag-meshing gigamit sa ubang mga kaso.Busa, pilia ang opsyon 1 para sa spiral pipe ug option 4 para sa semi-cylindrical pipe.Sa fig.Ang 2a, b nagpakita sa kasagaran nga temperatura sa reactor alang sa mga opsyon 1 ug 4, matag usa.Ang tulo ka pinili nga mga lokasyon nagrepresentar sa bed temperature contours sa ibabaw, tunga, ug ubos sa reactor.Base sa mga contours sa temperatura sa pinili nga mga lokasyon, ang kasagarang temperatura nahimong stable ug nagpakita ug gamay nga kausaban sa elemento nga numero 428,891 ug 430,599 para sa mga kaso 1 ug 4, matag usa.Busa, kini nga mga gidak-on sa grid gipili alang sa dugang nga mga kalkulasyon sa pagkalkula.Ang detalyado nga kasayuran sa kasagaran nga temperatura sa higdaanan alang sa proseso sa pagsuyup sa hydrogen alang sa lainlaing gidak-on sa cell ug sunud-sunod nga pino nga mga mata sa duha nga mga kaso gihatag sa dugang nga seksyon.
Average nga temperatura sa higdaanan sa pinili nga mga punto sa proseso sa pagsuyup sa hydrogen sa usa ka metal hydride reactor nga adunay lain-laing mga numero sa grid.(a) Average nga temperatura sa pinili nga mga lokasyon para sa case 1 ug (b) Average nga temperatura sa pinili nga mga lokasyon para sa case 4.
Ang Mg-based metal hydride reactor niini nga pagtuon gisulayan base sa mga resulta sa eksperimento sa Muthukumar et al.53.Sa ilang pagtuon, migamit sila ug Mg2Ni alloy aron tipigan ang hydrogen sa mga stainless steel tubes.Ang mga kapay nga tumbaga gigamit aron mapauswag ang pagbalhin sa kainit sa sulod sa reaktor.Sa fig.Ang 3a nagpakita sa usa ka pagtandi sa kasagaran nga temperatura sa proseso sa pagsuyup nga higdaanan tali sa eksperimento nga pagtuon ug niini nga pagtuon.Ang operating kondisyon nga gipili alang niini nga eksperimento mao ang: MG inisyal nga temperatura 573 K ug inlet pressure 2 MPa.Gikan sa fig.3a kini mahimong tin-aw nga gipakita nga kini nga eksperimento nga resulta naa sa maayo nga pag-uyon sa karon nga may kalabotan sa kasagaran nga temperatura sa layer.
Pagpamatuod sa modelo.(a) Code verification sa Mg2Ni metal hydride reactor pinaagi sa pagtandi sa kasamtangan nga pagtuon sa experimental work sa Muthukumar et al.52, ug (b) verification sa spiral tube turbulent flow model pinaagi sa pagtandi sa kasamtangan nga pagtuon sa Kumar et al .Panukiduki.54.
Aron masulayan ang modelo sa turbulence, ang mga resulta niini nga pagtuon gitandi sa mga resulta sa eksperimento ni Kumar et al.54 aron pagkumpirma sa pagkahusto sa gipili nga modelo sa turbulence.Si Kumar et al.54 nagtuon sa turbulent flow sa usa ka tube-in-pipe spiral heat exchanger.Ang tubig gigamit isip init ug bugnaw nga pluwido nga giindyeksyon gikan sa magkaatbang nga mga kilid.Ang init ug bugnaw nga likido nga temperatura mao ang 323 K ug 300 K, matag usa.Ang mga numero sa Reynolds gikan sa 3100 hangtod 5700 alang sa init nga mga likido ug gikan sa 21,000 hangtod 35,000 alang sa mga bugnaw nga likido.Ang mga numero sa dean mao ang 550-1000 alang sa init nga mga likido ug 3600-6000 alang sa bugnaw nga mga likido.Ang mga diametro sa sulod nga tubo (alang sa init nga likido) ug ang gawas nga tubo (alang sa bugnaw nga likido) mao ang 0.0254 m ug 0.0508 m, matag usa.Ang diametro ug pitch sa helical coil mao ang 0.762 m ug 0.100 m, matag usa.Sa fig.Ang 3b nagpakita sa pagtandi sa mga eksperimento ug kasamtangan nga mga resulta alang sa nagkalain-laing mga parisan sa Nusselt ug Dean nga mga numero alang sa coolant sa sulod nga tubo.Tulo ka lain-laing mga modelo sa turbulence ang gipatuman ug gitandi sa mga resulta sa eksperimento.Ingon sa gipakita sa fig.3b, ang mga resulta sa makab-ot nga k-ε turbulence nga modelo naa sa maayong pag-uyon sa eksperimento nga datos.Busa, kini nga modelo gipili sa kini nga pagtuon.
Ang numerical simulation niini nga pagtuon gihimo gamit ang ANSYS Fluent 2020 R2.Pagsulat ug User-Defined Function (UDF) ug gamita kini isip input term sa energy equation aron kuwentahon ang kinetics sa proseso sa pagsuyup.Ang PRESTO55 circuit ug ang PISO56 nga pamaagi gigamit para sa pressure-velocity nga komunikasyon ug pressure correction.Pagpili og Greene-Gauss cell base alang sa variable gradient.Ang mga equation sa momentum ug enerhiya masulbad pinaagi sa ikaduhang-order upwind nga pamaagi.Mahitungod sa mga under-relaxation coefficients, ang pressure, velocity, ug mga sangkap sa enerhiya gitakda sa 0.5, 0.7, ug 0.7, matag usa.Ang standard nga mga function sa dingding gipadapat sa HTF sa turbulence model.
Kini nga seksyon nagpresentar sa mga resulta sa numerical simulations sa gipaayo nga internal heat transfer sa usa ka MH reactor gamit ang coiled coil heat exchanger (HCHE) ug usa ka helical coil heat exchanger (SCHE) atol sa hydrogen absorption.Ang epekto sa HTF pitch sa temperatura sa reactor bed ug ang gidugayon sa pagsuyup gisusi.Ang mga nag-unang operating parameter sa proseso sa pagsuyup gitun-an ug gipresentar sa seksyon sa sensitivity analysis.
Aron imbestigahan ang epekto sa coil spacing sa heat transfer sa usa ka MH reactor, tulo ka heat exchanger configurations nga adunay lain-laing pitches ang gisusi.Ang tulo ka lain-laing mga pitches sa 15mm, 12.86mm ug 10mm gitudlo nga lawas 1, lawas 2 ug lawas 3 matag usa.Kinahanglan nga matikdan nga ang diametro sa tubo gitakda sa 6 mm sa inisyal nga temperatura nga 573 K ug usa ka loading pressure nga 1.8 MPa sa tanang kaso.Sa fig.Ang 4 nagpakita sa kasagaran nga temperatura sa higdaanan ug konsentrasyon sa hydrogen sa MH layer sa panahon sa proseso sa pagsuyup sa hydrogen sa mga kaso 1 ngadto sa 3. Kasagaran, ang reaksyon tali sa metal hydride ug hydrogen kay exothermic sa proseso sa pagsuyup.Busa, ang temperatura sa higdaanan paspas nga misaka tungod sa unang higayon sa diha nga ang hydrogen unang gipaila ngadto sa reactor.Ang temperatura sa higdaanan mosaka hangtod nga moabot kini sa kinatas-ang kantidad ug dayon anam-anam nga mokunhod samtang ang kainit madala sa coolant, nga adunay mas ubos nga temperatura ug molihok isip coolant.Ingon sa gipakita sa fig.4a, tungod sa nauna nga pagpatin-aw, ang temperatura sa layer paspas nga pagtaas ug padayon nga pagkunhod.Ang konsentrasyon sa hydrogen alang sa proseso sa pagsuyup kasagaran gibase sa temperatura sa higdaanan sa MH reactor.Kung ang kasagaran nga temperatura sa layer moubos sa usa ka temperatura, ang nawong sa metal mosuhop sa hydrogen.Kini tungod sa pagpadali sa mga proseso sa physisorption, chemisorption, pagsabwag sa hydrogen ug ang pagporma sa mga hydride niini sa reactor.Gikan sa fig.4b makita nga ang rate sa pagsuyup sa hydrogen sa kaso 3 mas ubos kaysa sa ubang mga kaso tungod sa gamay nga kantidad sa lakang sa coil heat exchanger.Kini moresulta sa mas taas nga kinatibuk-ang gitas-on sa tubo ug mas dako nga heat transfer area alang sa HTF pipes.Uban sa kasagaran nga konsentrasyon sa hydrogen nga 90%, ang oras sa pagsuyup alang sa Kaso 1 mao ang 46,276 segundos.Kung itandi sa gidugayon sa pagsuyup sa kaso 1, ang gidugayon sa pagsuyup sa mga kaso 2 ug 3 gipakunhod sa 724 s ug 1263 s, matag usa.Ang dugang nga seksyon nagpakita sa temperatura ug konsentrasyon sa hydrogen kontorno para sa pinili nga mga dapit sa HCHE-MH layer.
Impluwensya sa gilay-on tali sa mga coil sa average nga temperatura sa layer ug konsentrasyon sa hydrogen.(a) Average bed temperature para sa helical coils, (b) hydrogen concentration para sa helical coils, (c) average bed temperature para sa hemi-cylindrical coils, ug (d) hydrogen concentration para sa hemi-cylindrical coils.
Aron mapauswag ang mga kinaiya sa pagbalhin sa kainit sa MG reactor, duha ka HFC ang gidesinyo alang sa kanunay nga gidaghanon sa MG (2000 cm3) ug usa ka spiral heat exchanger (100 cm3) sa Opsyon 3. Kini nga seksyon nagkonsiderar usab sa epekto sa gilay-on tali sa coils nga 15 mm para sa case 4, 12.86 mm para sa case 5 ug 10 mm para sa case 6. Sa fig.Ang 4c,d nagpakita sa kasagaran nga temperatura sa higdaanan ug konsentrasyon sa proseso sa pagsuyup sa hydrogen sa usa ka inisyal nga temperatura nga 573 K ug usa ka loading pressure nga 1.8 MPa.Sumala sa kasagaran nga temperatura sa layer sa Fig. 4c, ang mas gamay nga gilay-on tali sa mga coils sa kaso nga 6 makapakunhod sa temperatura sa kamahinungdanon kon itandi sa laing duha ka mga kaso.Para sa kaso 6, ang ubos nga temperatura sa higdaanan moresulta sa mas taas nga konsentrasyon sa hydrogen (tan-awa ang Fig. 4d).Ang oras sa pagsuhop sa hydrogen alang sa Variant 4 mao ang 19542 s, nga labaw pa sa 2 ka beses nga mas ubos kaysa sa mga Variant 1-3 gamit ang HCH.Dugang pa, kon itandi sa kaso 4, ang oras sa pagsuyup gipakunhod usab sa 378 s ug 1515 s sa mga kaso 5 ug 6 nga adunay mas ubos nga distansya.Ang dugang nga seksyon nagpakita sa temperatura ug konsentrasyon sa hydrogen kontorno para sa pinili nga mga dapit sa SCHE-MH layer.
Aron matun-an ang performance sa duha ka heat exchanger configurations, kini nga seksyon nagplano ug nagpresentar sa mga curve sa temperatura sa tulo ka pinili nga mga lokasyon.Ang MH reactor nga adunay HCHE gikan sa case 3 gipili alang sa pagtandi sa MH reactor nga adunay SCHE sa case 4 tungod kay kini adunay kanunay nga MH volume ug pipe volume.Ang operating kondisyon alang niini nga pagtandi mao ang usa ka inisyal nga temperatura sa 573 K ug usa ka loading pressure sa 1.8 MPa.Sa fig.Ang 5a ug 5b nagpakita sa tanan nga tulo ka pinili nga mga posisyon sa mga profile sa temperatura sa mga kaso 3 ug 4, matag usa.Sa fig.5c nagpakita sa temperatura profile ug layer konsentrasyon human sa 20,000 s sa hydrogen uptake.Sumala sa linya 1 sa Fig. 5c, ang temperatura sa palibot sa TTF gikan sa mga opsyon 3 ug 4 mikunhod tungod sa convective heat transfer sa coolant.Nagresulta kini sa mas taas nga konsentrasyon sa hydrogen sa palibot niini nga lugar.Bisan pa, ang paggamit sa duha ka SCHE nagresulta sa usa ka mas taas nga konsentrasyon sa layer.Ang mas paspas nga kinetic nga mga tubag nakit-an sa palibot sa HTF nga rehiyon sa kaso nga 4. Dugang pa, ang usa ka maximum nga konsentrasyon sa 100% nakit-an usab niini nga rehiyon.Gikan sa linya 2 nga nahimutang sa tunga sa reaktor, ang temperatura sa case 4 mas ubos kay sa temperatura sa case 3 sa tanang dapit gawas sa sentro sa reactor.Nagresulta kini sa pinakataas nga konsentrasyon sa hydrogen alang sa kaso 4 gawas sa rehiyon duol sa sentro sa reaktor nga layo sa HTF.Bisan pa, ang konsentrasyon sa kaso 3 wala kaayo nagbag-o.Ang usa ka dako nga kalainan sa temperatura ug konsentrasyon sa layer nakita sa linya 3 duol sa entrada sa GTS.Ang temperatura sa layer sa kaso 4 mikunhod pag-ayo, nga miresulta sa labing taas nga konsentrasyon sa hydrogen niini nga rehiyon, samtang ang linya sa konsentrasyon sa kaso 3 nag-usab-usab.Kini tungod sa paspas nga pagbalhin sa kainit sa SCHE.Ang mga detalye ug panaghisgot sa pagtandi sa kasagaran nga temperatura sa MH layer ug HTF pipe tali sa case 3 ug case 4 gihatag sa supplementary section.
Profile sa temperatura ug konsentrasyon sa higdaanan sa pinili nga mga lokasyon sa metal hydride reactor.(a) Pinili nga mga lokasyon para sa case 3, (b) Pinili nga mga lokasyon para sa case 4, ug (c) Temperature profile ug layer concentration sa pinili nga mga lokasyon human sa 20,000 s para sa hydrogen uptake process sa mga kaso 3 ug 4.
Sa fig.Ang Figure 6 nagpakita sa pagtandi sa kasagaran nga temperatura sa higdaanan (tan-awa ang Fig. 6a) ug konsentrasyon sa hydrogen (tan-awa ang Fig. 6b) alang sa pagsuyup sa HCH ug SHE.Makita gikan sa kini nga numero nga ang temperatura sa layer sa MG mikunhod pag-ayo tungod sa pagtaas sa lugar sa pagbayloay sa kainit.Ang pagtangtang sa dugang kainit gikan sa reactor moresulta sa mas taas nga hydrogen uptake rate.Bisan tuod ang duha ka heat exchanger configurations adunay parehas nga volume kumpara sa paggamit sa HCHE isip Option 3, ang SCHE's hydrogen uptake time base sa Option 4 gipakunhod pag-ayo sa 59%.Para sa mas detalyado nga pagtuki, ang hydrogen concentrations para sa duha ka heat exchanger configurations gipakita isip isolines sa Figure 7. Kini nga numero nagpakita nga sa duha ka kaso, ang hydrogen nagsugod sa pagsuhop gikan sa ubos palibot sa HTF inlet.Ang mas taas nga konsentrasyon nakit-an sa rehiyon sa HTF, samtang ang mas ubos nga konsentrasyon nakita sa sentro sa MH reactor tungod sa gilay-on niini gikan sa heat exchanger.Human sa 10,000 s, ang hydrogen concentration sa case 4 mas taas kay sa case 3. Human sa 20,000 seconds, ang average nga hydrogen concentration sa reactor misaka ngadto sa 90% sa case 4 kumpara sa 50% hydrogen sa case 3. Mahimo kini tungod ngadto sa mas taas nga epektibong makapabugnaw nga kapasidad sa paghiusa sa duha ka SCHE, nga moresulta sa mas ubos nga temperatura sulod sa MH layer.Tungod niini, ang usa ka mas equilibrium nga presyur nahulog sa sulod sa MG layer, nga mosangpot sa mas paspas nga pagsuyup sa hydrogen.
Kaso 3 ug Kaso 4 Pagtandi sa kasagaran nga temperatura sa higdaanan ug konsentrasyon sa hydrogen tali sa duha ka mga pag-configure sa heat exchanger.
Pagtandi sa konsentrasyon sa hydrogen pagkahuman sa 500, 2000, 5000, 10000 ug 20000 s pagkahuman sa pagsugod sa proseso sa pagsuyup sa hydrogen sa kaso 3 ug kaso 4.
Ang talaan 5 nag-summarize sa gidugayon sa hydrogen uptake alang sa tanang kaso.Dugang pa, gipakita usab sa lamesa ang oras sa pagsuyup sa hydrogen, nga gipahayag ingon usa ka porsyento.Kini nga porsyento gikalkulo base sa oras sa pagsuyop sa Kaso 1. Gikan niini nga talaan, ang oras sa pagsuyup sa MH reactor nga naggamit sa HCHE maoy mga 45,000 ngadto sa 46,000 s, ug ang oras sa pagsuyup lakip na ang SCHE mga 18,000 ngadto sa 19,000 s.Kung itandi sa Kaso 1, ang oras sa pagsuyup sa Kaso 2 ug Kaso 3 gikunhoran lamang sa 1.6% ug 2.7%, matag usa.Kung gigamit ang SCHE imbes nga HCHE, ang oras sa pagsuyup naminusan gikan sa kaso 4 hangtod sa kaso 6, gikan sa 58% hangtod sa 61%.Klaro nga ang pagdugang sa SCHE sa reaktor sa MH labi nga nagpauswag sa proseso sa pagsuyup sa hydrogen ug ang paghimo sa reaktor sa MH.Bisan kung ang pag-instalar sa usa ka heat exchanger sa sulod sa MH reactor nagpamenos sa kapasidad sa pagtipig, kini nga teknolohiya naghatag usa ka hinungdanon nga pag-uswag sa pagbalhin sa kainit kumpara sa ubang mga teknolohiya.Usab, ang pagkunhod sa bili sa pitch makadugang sa gidaghanon sa SCHE, nga moresulta sa pagkunhod sa gidaghanon sa MH.Sa kaso nga 6 nga adunay pinakataas nga gidaghanon sa SCHE, ang MH volumetric nga kapasidad gikunhoran lamang sa 5% kumpara sa case 1 nga adunay pinakaubos nga gidaghanon sa HCHE.Dugang pa, sa panahon sa pagsuyup, ang kaso 6 nagpakita nga mas paspas ug mas maayo nga pasundayag nga adunay 61% nga pagkunhod sa oras sa pagsuyup.Busa ang kaso 6 gipili alang sa dugang nga imbestigasyon sa pagtuki sa pagkasensitibo.Kini kinahanglan nga matikdan nga ang taas nga hydrogen uptake nga panahon nalangkit sa usa ka storage tank nga adunay sulod nga MH nga gidaghanon sa mga 2000 cm3.
Ang mga operating parameter sa panahon sa reaksyon importante nga mga hinungdan nga positibo o negatibo nga makaapekto sa performance sa MH reactor ubos sa tinuod nga mga kondisyon.Kini nga pagtuon nagkonsiderar sa usa ka sensitivity analysis aron mahibal-an ang tukma nga inisyal nga operating parameters alang sa usa ka MH reactor inubanan sa SCHE, ug kini nga seksyon nagsusi sa upat ka nag-unang operating parameters base sa labing maayo nga reactor configuration sa kaso 6. Ang mga resulta alang sa tanan nga mga kondisyon sa operasyon gipakita sa Fig. 8.
Graph sa konsentrasyon sa hydrogen ubos sa nagkalain-laing mga kondisyon sa pag-operate kung naggamit og heat exchanger nga adunay semi-cylindrical coil.(a) loading pressure, (b) inisyal nga bed temperature, (c) coolant Reynolds number, ug (d) coolant inlet temperature.
Base sa kanunay nga inisyal nga temperatura nga 573 K ug usa ka coolant flow rate nga adunay Reynolds number nga 14,000, upat ka lain-laing mga loading pressure ang gipili: 1.2 MPa, 1.8 MPa, 2.4 MPa, ug 3.0 MPa.Sa fig.8a nagpakita sa epekto sa loading pressure ug SCHE sa hydrogen konsentrasyon sa paglabay sa panahon.Ang oras sa pagsuyup mikunhod uban ang pagtaas sa presyur sa pagkarga.Ang paggamit sa gipadapat nga presyur sa hydrogen nga 1.2 MPa mao ang pinakagrabe nga kaso alang sa proseso sa pagsuyup sa hydrogen, ug ang gidugayon sa pagsuyup milapas sa 26,000 s aron makab-ot ang 90% nga pagsuyup sa hydrogen.Bisan pa, ang mas taas nga presyur sa pagkarga miresulta sa usa ka 32-42% nga pagkunhod sa oras sa pagsuyup gikan sa 1.8 hangtod 3.0 MPa.Kini tungod sa mas taas nga inisyal nga presyur sa hydrogen, nga miresulta sa mas dako nga kalainan tali sa equilibrium pressure ug sa gipadapat nga pressure.Busa, kini nagmugna sa usa ka dako nga nagmaneho nga pwersa alang sa hydrogen uptake kinetics.Sa inisyal nga gutlo, ang hydrogen gas paspas nga masuhop tungod sa dakong kalainan tali sa equilibrium pressure ug sa gipadapat nga pressure57.Sa usa ka loading pressure sa 3.0 MPa, 18% hydrogen paspas nga natipon sa panahon sa unang 10 segundos.Ang hydrogen gitipigan sa 90% sa mga reactor sa katapusang yugto sa 15460 s.Bisan pa, sa usa ka loading pressure nga 1.2 hangtod 1.8 MPa, ang oras sa pagsuyup mikunhod pag-ayo sa 32%.Ang uban nga mas taas nga presyur adunay gamay nga epekto sa pagpaayo sa mga oras sa pagsuyup.Busa, girekomendar nga ang loading pressure sa MH-SCHE reactor mahimong 1.8 MPa.Ang supplementary section nagpakita sa hydrogen concentration contours para sa nagkalain-laing loading pressures sa 15500 s.
Ang pagpili sa usa ka angay nga inisyal nga temperatura sa MH reactor mao ang usa sa mga nag-unang mga hinungdan nga nakaapekto sa proseso sa adsorption sa hydrogen, tungod kay kini nakaapekto sa puwersa sa pagpalihok sa reaksyon sa pagporma sa hydride.Aron matun-an ang epekto sa SCHE sa inisyal nga temperatura sa MH reactor, upat ka lain-laing mga temperatura ang gipili sa kanunay nga loading pressure nga 1.8 MPa ug Reynolds number nga 14,000 HTF.Sa fig.Ang Figure 8b nagpakita sa pagtandi sa lain-laing mga pagsugod nga temperatura, lakip ang 473K, 523K, 573K, ug 623K.Sa tinuud, kung ang temperatura mas taas kaysa 230 ° C o 503K58, ang Mg2Ni alloy adunay epektibo nga mga kinaiya alang sa proseso sa pagsuyup sa hydrogen.Bisan pa, sa una nga higayon sa pag-injection sa hydrogen, ang temperatura kusog nga motaas.Tungod niini, ang temperatura sa MG layer molapas sa 523 K. Busa, ang pagporma sa hydride gipadali tungod sa dugang nga pagsuyup rate53.Gikan sa fig.Makita gikan sa Fig. 8b nga ang hydrogen mas paspas nga masuhop samtang ang inisyal nga temperatura sa layer sa MB mikunhod.Ang ubos nga equilibrium pressure mahitabo kung ang inisyal nga temperatura mas ubos.Ang mas dako nga kalainan sa presyur tali sa equilibrium nga presyur ug ang gipadapat nga presyur, mas paspas ang proseso sa pagsuyup sa hydrogen.Sa inisyal nga temperatura nga 473 K, ang hydrogen paspas nga masuhop hangtod sa 27% sulod sa unang 18 segundos.Dugang pa, ang oras sa pagsuyup mikunhod usab gikan sa 11% ngadto sa 24% sa mas ubos nga inisyal nga temperatura kumpara sa inisyal nga temperatura nga 623 K. Ang oras sa pagsuyup sa pinakaubos nga inisyal nga temperatura sa 473 K mao ang 15247 s, nga susama sa labing maayo. kaso loading pressure, bisan pa, ang pagkunhod sa inisyal nga temperatura reactor temperatura modala ngadto sa usa ka pagkunhod sa hydrogen storage kapasidad.Ang inisyal nga temperatura sa MN reactor kinahanglang labing menos 503 K53.Dugang pa, sa usa ka inisyal nga temperatura sa 573 K53, ang maximum nga hydrogen storage nga kapasidad sa 3.6 wt% mahimong makab-ot.Sa mga termino sa kapasidad sa pagtipig sa hydrogen ug gidugayon sa pagsuyup, ang mga temperatura tali sa 523 ug 573 K nagpamubo lamang sa oras sa 6%.Busa, ang temperatura nga 573 K gisugyot isip inisyal nga temperatura sa MH-SCHE reactor.Bisan pa, ang epekto sa inisyal nga temperatura sa proseso sa pagsuyup dili kaayo hinungdanon kung itandi sa presyur sa pagkarga.Ang dugang nga seksyon nagpakita sa mga contours sa hydrogen konsentrasyon alang sa lain-laing mga inisyal nga temperatura sa 15500 s.
Ang flow rate maoy usa sa mga nag-unang parameter sa hydrogenation ug dehydrogenation tungod kay kini makaapekto sa turbulence ug heat removal o input atol sa hydrogenation ug dehydrogenation59.Ang taas nga dagan sa dagan makamugna ug gubot nga mga hugna ug moresulta sa mas paspas nga pag-agos sa pluwido pinaagi sa HTF tubing.Kini nga reaksyon moresulta sa mas paspas nga pagbalhin sa kainit.Ang lain-laing mga katulin sa pagsulod alang sa HTF gikalkula base sa mga numero sa Reynolds nga 10,000, 14,000, 18,000, ug 22,000.Ang inisyal nga temperatura sa MG layer gitakda sa 573 K ug ang loading pressure sa 1.8 MPa.Ang mga resulta sa fig.Gipakita sa 8c nga ang paggamit sa usa ka mas taas nga numero sa Reynolds sa kombinasyon sa SCHE nagresulta sa usa ka mas taas nga rate sa uptake.Samtang ang gidaghanon sa Reynolds nagdugang gikan sa 10,000 ngadto sa 22,000, ang oras sa pagsuyup mikunhod sa mga 28-50%.Ang oras sa pagsuyup sa usa ka Reynolds nga numero nga 22,000 mao ang 12,505 segundos, nga mas ubos kaysa sa lainlaing mga inisyal nga temperatura ug presyur sa pagkarga.Ang mga contour sa konsentrasyon sa hydrogen alang sa lainlaing mga numero sa Reynolds alang sa GTP sa 12500 s gipresentar sa dugang nga seksyon.
Ang epekto sa SCHE sa inisyal nga temperatura sa HTF gisusi ug gipakita sa Fig. 8d.Sa inisyal nga temperatura sa MG nga 573 K ug usa ka hydrogen loading pressure nga 1.8 MPa, upat ka inisyal nga temperatura ang gipili alang niini nga pagtuki: 373 K, 473 K, 523 K, ug 573 K. 8d nagpakita nga ang pagkunhod sa temperatura sa coolant sa pagsulod modala ngadto sa usa ka pagkunhod sa panahon sa pagsuyup.Kung itandi sa base nga kaso nga adunay temperatura sa pagsulod sa 573 K, ang oras sa pagsuyup gipakunhod sa gibana-bana nga 20%, 44% ug 56% alang sa mga temperatura sa pagsulod sa 523 K, 473 K ug 373 K, matag usa.Sa 6917 s, ang inisyal nga temperatura sa GTF mao ang 373 K, ang konsentrasyon sa hydrogen sa reactor mao ang 90%.Kini mahimong ipasabut pinaagi sa gipaayo nga convective heat transfer tali sa MG layer ug sa HCS.Ang pag-ubos sa temperatura sa HTF makadugang sa pagwagtang sa kainit ug moresulta sa dugang nga pagsuyup sa hydrogen.Taliwala sa tanan nga mga parameter sa pag-operate, ang pagpaayo sa pasundayag sa MH-SCHE reactor pinaagi sa pagdugang sa temperatura sa pagsulod sa HTF mao ang labing angay nga pamaagi, tungod kay ang oras sa pagtapos sa proseso sa pagsuyup dili mubu sa 7000 s, samtang ang labing kadali nga oras sa pagsuyup sa ubang mga pamaagi labi pa. kay sa 10000 s.Ang mga contour sa konsentrasyon sa hydrogen gipresentar alang sa lainlaing mga inisyal nga temperatura sa GTP sa 7000 s.
Kini nga pagtuon nagpakita sa unang higayon sa usa ka bag-ong semi-cylindrical coil heat exchanger nga gisagol sa usa ka metal hydride storage unit.Ang katakus sa gisugyot nga sistema sa pagsuhop sa hydrogen gisusi sa lainlaing mga pagsulud sa heat exchanger.Ang impluwensya sa mga parameter sa pag-operate sa pagbinayloay sa kainit tali sa metal hydride layer ug sa coolant gisusi aron makit-an ang kamalaumon nga mga kondisyon alang sa pagtipig sa metal hydride gamit ang usa ka bag-ong heat exchanger.Ang nag-unang mga nahibal-an niini nga pagtuon gi-summarize ingon sa mosunod:
Uban sa usa ka semi-cylindrical coil heat exchanger, ang performance sa pagbalhin sa kainit gipaayo tungod kay kini adunay mas uniporme nga pag-apod-apod sa kainit sa magnesium layer reactor, nga miresulta sa mas maayo nga hydrogen absorption rate.Gihatag nga ang gidaghanon sa heat exchange tube ug metal hydride nagpabilin nga wala mausab, ang pagsuyup nga reaksyon sa panahon sa kamahinungdanon pagkunhod sa 59% itandi sa usa ka conventional coiled coil heat exchanger.
Oras sa pag-post: Ene-15-2023