Nature.com saytiga tashrif buyurganingiz uchun tashakkur.Siz cheklangan CSS-ni qo'llab-quvvatlaydigan brauzer versiyasidan foydalanmoqdasiz.Eng yaxshi tajriba uchun yangilangan brauzerdan foydalanishni tavsiya qilamiz (yoki Internet Explorer-da Moslik rejimini o'chirib qo'ying).Bundan tashqari, doimiy qo'llab-quvvatlashni ta'minlash uchun biz saytni uslublar va JavaScriptlarsiz ko'rsatamiz.
Bir vaqtning o'zida uchta slayddan iborat karuselni ko'rsatadi.Bir vaqtning o'zida uchta slayd bo'ylab harakatlanish uchun "Oldingi" va "Keyingi" tugmalaridan foydalaning yoki bir vaqtning o'zida uchta slayd bo'ylab harakatlanish uchun oxiridagi slayder tugmalaridan foydalaning.
Metall gidridlar (MH) katta vodorod saqlash hajmi, past ish bosimi va yuqori xavfsizligi tufayli vodorodni saqlash uchun eng mos materiallar guruhlaridan biri sifatida tan olingan.Biroq, ularning vodorodni qabul qilish kinetikasining sustligi saqlash samaradorligini sezilarli darajada pasaytiradi.MH omboridan issiqlikni tezroq olib tashlash uning vodorodni qabul qilish tezligini oshirishda muhim rol o'ynashi mumkin, bu esa saqlash samaradorligini oshiradi.Shu munosabat bilan, ushbu tadqiqot MH saqlash tizimining vodorodni qabul qilish tezligiga ijobiy ta'sir ko'rsatish uchun issiqlik uzatish xususiyatlarini yaxshilashga qaratilgan.Yangi yarim silindrsimon lasan birinchi marta vodorodni saqlash uchun ishlab chiqilgan va optimallashtirilgan va ichki havo sifatida issiqlik almashinuvchisi (HTF) sifatida kiritilgan.Turli pitch o'lchamlariga asoslanib, yangi issiqlik almashtirgich konfiguratsiyasining ta'siri tahlil qilinadi va an'anaviy spiral g'altakning geometriyasi bilan taqqoslanadi.Bundan tashqari, optimal qiymatlarni olish uchun MG va GTPni saqlashning operatsion parametrlari raqamli o'rganildi.Raqamli simulyatsiya uchun ANSYS Fluent 2020 R2 ishlatiladi.Ushbu tadqiqot natijalari shuni ko'rsatadiki, MH saqlash tankining ishlashi yarim silindrsimon lasan issiqlik almashinuvchisi (SCHE) yordamida sezilarli darajada yaxshilanishi mumkin.An'anaviy spiral spiralli issiqlik almashinuvchilari bilan solishtirganda, vodorodni yutish muddati 59% ga kamayadi.SCHE bobinlari orasidagi eng kichik masofa assimilyatsiya vaqtining 61% ga qisqarishiga olib keldi.SHE dan foydalangan holda MG saqlashning ish parametrlariga kelsak, barcha tanlangan parametrlar vodorodni yutish jarayonining sezilarli yaxshilanishiga olib keladi, ayniqsa XTS ga kirishdagi harorat.
Butun dunyoda qazib olinadigan yoqilg'iga asoslangan energiyadan qayta tiklanadigan energiyaga o'tish kuzatilmoqda.Qayta tiklanadigan energiyaning ko'p shakllari energiyani dinamik tarzda ta'minlaganligi sababli, yukni muvozanatlash uchun energiyani saqlash kerak.Vodorodga asoslangan energiyani saqlash bu maqsadda katta e'tiborni tortdi, ayniqsa, vodorod o'zining xususiyatlari va ko'chmaligi tufayli "yashil" muqobil yoqilg'i va energiya tashuvchisi sifatida ishlatilishi mumkin.Bundan tashqari, vodorod, shuningdek, qazib olinadigan yoqilg'ilarga qaraganda, massa birligiga nisbatan yuqori energiya miqdorini ham taqdim etadi2.Vodorod energiyasini saqlashning to'rtta asosiy turi mavjud: siqilgan gazni saqlash, er osti saqlash, suyuqlik saqlash va qattiq saqlash.Siqilgan vodorod avtobuslar va forkliftlar kabi yonilg'i xujayrasi transport vositalarida ishlatiladigan asosiy turdir.Biroq, bu saqlash vodorodning past zichlikdagi zichligini (taxminan 0,089 kg/m3) ta'minlaydi va yuqori ish bosimi bilan bog'liq xavfsizlik muammolariga ega3.Past muhit harorati va bosimida konversiya jarayoniga asoslanib, suyuqlik ombori vodorodni suyuqlik shaklida saqlaydi.Biroq, suyultirilganda, energiyaning taxminan 40% yo'qoladi.Bundan tashqari, ushbu texnologiya qattiq holatda saqlash texnologiyalariga nisbatan ko'proq energiya va mehnat talab qilishi ma'lum.Qattiq saqlash vodorod iqtisodiyoti uchun maqbul variant bo'lib, u vodorodni singdirish va desorbsiya orqali vodorodni chiqarish orqali qattiq materiallarga kiritish orqali saqlaydi.Metall gidrid (MH), qattiq materiallarni saqlash texnologiyasi, yuqori vodorod sig'imi, past ish bosimi va suyuqlik saqlash bilan solishtirganda arzonligi tufayli yonilg'i xujayralari ilovalarida yaqinda qiziqish uyg'otmoqda va statsionar va mobil ilovalar uchun mos keladi6,7 yilda Bundan tashqari, MH materiallari ham katta quvvatni samarali saqlash kabi xavfsizlik xususiyatlarini ta'minlaydi8.Biroq, MG ning mahsuldorligini cheklaydigan muammo mavjud: MG reaktorining past issiqlik o'tkazuvchanligi vodorodning sekin so'rilishiga va desorbsiyasiga olib keladi.
Ekzotermik va endotermik reaksiyalar vaqtida to'g'ri issiqlik uzatish MH reaktorlarining ish faoliyatini yaxshilashning kalitidir.Vodorodni yuklash jarayoni uchun vodorod yuklash oqimini maksimal saqlash hajmi bilan istalgan tezlikda nazorat qilish uchun hosil bo'lgan issiqlik reaktordan olib tashlanishi kerak.Buning o'rniga, tushirish vaqtida vodorod evolyutsiyasi tezligini oshirish uchun issiqlik talab qilinadi.Issiqlik va massa uzatish ko'rsatkichlarini yaxshilash uchun ko'plab tadqiqotchilar ish parametrlari, MG tuzilishi va MG11 optimallashtirish kabi bir nechta omillarga asoslangan dizayn va optimallashtirishni o'rgandilar.MGni optimallashtirish MG qatlamlariga 12,13 ko'pikli metallar kabi yuqori issiqlik o'tkazuvchanlik materiallarini qo'shish orqali amalga oshirilishi mumkin.Shunday qilib, samarali issiqlik o'tkazuvchanligi 0,1 dan 2 Vt / mK10 gacha oshirilishi mumkin.Biroq, qattiq materiallarning qo'shilishi MN reaktorining quvvatini sezilarli darajada kamaytiradi.Ishlash parametrlariga kelsak, MG qatlami va sovutish suvi (HTF) ning dastlabki ish sharoitlarini optimallashtirish orqali yaxshilanishlarga erishish mumkin.MG strukturasi reaktorning geometriyasi va issiqlik almashtirgichning dizayni tufayli optimallashtirilishi mumkin.MH reaktorining issiqlik almashinuvchisining konfiguratsiyasiga kelsak, usullarni ikki turga bo'lish mumkin.Bular MO qatlamiga o'rnatilgan ichki issiqlik almashtirgichlar va MO qatlamini qoplaydigan tashqi issiqlik almashtirgichlar, masalan, qanotlar, sovutish ko'ylagi va suv hammomlari.Tashqi issiqlik almashtirgichga kelsak, Kaplan16 reaktor ichidagi haroratni pasaytirish uchun ko'ylagi sifatida sovutish suvidan foydalangan holda MH reaktorining ishlashini tahlil qildi.Natijalar 22 dumaloq qanotli reaktor va tabiiy konveksiya bilan sovutilgan boshqa reaktor bilan taqqoslandi.Ularning ta'kidlashicha, sovutish ko'ylagi mavjudligi MH haroratini sezilarli darajada pasaytiradi va shu bilan assimilyatsiya tezligini oshiradi.Patil va Gopal17 tomonidan suv bilan qoplangan MH reaktorining raqamli tadqiqotlari shuni ko'rsatdiki, vodorod ta'minoti bosimi va HTF harorati vodorodni qabul qilish va desorbsiya tezligiga ta'sir qiluvchi asosiy parametrlardir.
MHga o'rnatilgan qanotlar va issiqlik almashtirgichlarni qo'shish orqali issiqlik uzatish maydonini oshirish issiqlik va massa uzatish ko'rsatkichlarini va shuning uchun MH18 ning saqlash ko'rsatkichlarini yaxshilashning kalitidir.MH19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26 reaktorida sovutish suvini aylantirish uchun bir nechta ichki issiqlik almashtirgich konfiguratsiyasi (to'g'ri quvur va spiral spiral) ishlab chiqilgan.Ichki issiqlik almashtirgich yordamida sovutish yoki isitish suyuqligi vodorodni adsorbsiyalash jarayonida MH reaktoriga mahalliy issiqlikni uzatadi.Raju va Kumar [27] MG ish faoliyatini yaxshilash uchun issiqlik almashtirgich sifatida bir nechta to'g'ri naychalardan foydalangan.Ularning natijalari shuni ko'rsatdiki, to'g'ridan-to'g'ri quvurlar issiqlik almashtirgich sifatida ishlatilganda yutilish vaqtlari qisqardi.Bundan tashqari, to'g'ri naychalardan foydalanish vodorod desorbsiyasi vaqtini qisqartiradi28.Yuqori sovutish suvi oqimi tezligi vodorodni zaryadlash va tushirish tezligini oshiradi29.Biroq, sovutish quvurlari sonini ko'paytirish sovutish suvi oqimi tezligiga emas, balki MH ishiga ijobiy ta'sir ko'rsatadi30,31.Raju va boshq.32 reaktorlarda ko'p quvurli issiqlik almashtirgichlarning ishlashini o'rganish uchun MH materiali sifatida LaMi4.7Al0.3 dan foydalangan.Ular ish parametrlari assimilyatsiya jarayoniga, ayniqsa besleme bosimiga va keyin HTF ning oqim tezligiga sezilarli ta'sir ko'rsatganligini xabar qilishdi.Biroq, assimilyatsiya harorati kamroq muhim bo'lib chiqdi.
MH reaktorining ishlashi to'g'ridan-to'g'ri quvurlar bilan solishtirganda yaxshilangan issiqlik o'tkazuvchanligi tufayli spiral lasan issiqlik almashinuvchisidan foydalanish orqali yanada yaxshilanadi.Buning sababi, ikkilamchi tsikl reaktordan issiqlikni yaxshiroq olib tashlashi mumkin25.Bundan tashqari, spiral quvurlar MH qatlamidan sovutish suviga issiqlik o'tkazish uchun katta sirt maydonini ta'minlaydi.Bu usul reaktor ichida joriy qilinganda issiqlik almashinadigan quvurlarning taqsimlanishi ham bir xil bo'ladi33.Vang va boshqalar.34 MH reaktoriga spiral lasan qo'shish orqali vodorodni qabul qilish davomiyligi ta'sirini o'rgandi.Ularning natijalari shuni ko'rsatadiki, sovutish suyuqligining issiqlik uzatish koeffitsienti oshishi bilan assimilyatsiya vaqti kamayadi.Wu va boshqalar.25 Mg2Ni asosidagi MH reaktorlari va o'ralgan lasan issiqlik almashtirgichlarining ishlashini o'rganib chiqdi.Ularning raqamli tadqiqotlari reaktsiya vaqtining qisqarishini ko'rsatdi.MN reaktoridagi issiqlik uzatish mexanizmining takomillashtirilishi vintlar oralig'i va o'lchamsiz vintlar qadamining kichikroq nisbatiga asoslangan.Mellouli va boshq.21 tomonidan ichki issiqlik almashtirgich sifatida o'ralgan lasandan foydalangan holda eksperimental tadqiqot shuni ko'rsatdiki, HTF boshlang'ich harorati vodorodni qabul qilish va desorbsiya vaqtini yaxshilashga sezilarli ta'sir ko'rsatadi.Turli xil ichki issiqlik almashtirgichlarning kombinatsiyasi bir nechta tadqiqotlarda o'tkazildi.Eisapur va boshqalar.35 vodorodni singdirish jarayonini yaxshilash uchun markaziy qaytib trubkali spiral lasan issiqlik almashtirgich yordamida vodorodni saqlashni o'rgandi.Ularning natijalari shuni ko'rsatdiki, spiral trubka va markaziy qaytib trubka sovutish suvi va MG o'rtasidagi issiqlik almashinuvini sezilarli darajada yaxshilaydi.Spiral trubaning kichikroq qadami va kattaroq diametri issiqlik va massa o'tkazish tezligini oshiradi.Ardahaie va boshqalar.36 reaktor ichida issiqlik uzatishni yaxshilash uchun issiqlik almashtirgich sifatida tekis spiral quvurlardan foydalangan.Ular yassilangan spiral trubka tekisliklari sonini ko'paytirish orqali assimilyatsiya davomiyligi qisqarganligini xabar qilishdi.Turli xil ichki issiqlik almashtirgichlarning kombinatsiyasi bir nechta tadqiqotlarda o'tkazildi.Dhau va boshqalar.37 o'ralgan lasan issiqlik almashinuvchisi va qanotlari yordamida MH ning ish faoliyatini yaxshiladi.Ularning natijalari shuni ko'rsatadiki, bu usul vodorodni to'ldirish vaqtini qanotsiz holatga nisbatan 2 marta qisqartiradi.Halqali qanotlar sovutish quvurlari bilan birlashtiriladi va MN reaktoriga o'rnatiladi.Ushbu tadqiqot natijalari shuni ko'rsatadiki, bu kombinatsiyalangan usul qanotsiz MH reaktoriga nisbatan ko'proq bir xil issiqlik uzatishni ta'minlaydi.Biroq, turli xil issiqlik almashtirgichlarni birlashtirish MH reaktorining og'irligi va hajmiga salbiy ta'sir qiladi.Wu va boshq.18 turli xil issiqlik almashtirgich konfiguratsiyasini solishtirdi.Bularga to'g'ri quvurlar, qanotlar va spiral rulolar kiradi.Mualliflarning ta'kidlashicha, spiral bobinlar issiqlik va massa uzatishda eng yaxshi yaxshilanishlarni ta'minlaydi.Bunga qo'shimcha ravishda, to'g'ridan-to'g'ri quvurlar, o'ralgan quvurlar va to'g'ridan-to'g'ri quvurlar bilan birlashtirilgan to'g'ridan-to'g'ri quvurlar bilan solishtirganda, er-xotin rulolar issiqlik uzatishni yaxshilashga yaxshi ta'sir qiladi.Sekhar va boshqalar tomonidan o'tkazilgan tadqiqot.40 shuni ko'rsatdiki, vodorodni qabul qilishda xuddi shunday yaxshilanishga ichki issiqlik almashtirgich sifatida spiral lasan va qanotli tashqi sovutish ko'ylagi yordamida erishildi.
Yuqorida aytib o'tilgan misollardan, ichki issiqlik almashtirgich sifatida spiral sariqlardan foydalanish boshqa issiqlik almashinuvchilariga, ayniqsa to'g'ri quvurlar va qanotlarga qaraganda yaxshiroq issiqlik va massa uzatish yaxshilanishini ta'minlaydi.Shu sababli, ushbu tadqiqotning maqsadi issiqlik uzatish ko'rsatkichlarini yaxshilash uchun spiral lasanni yanada rivojlantirish edi.Birinchi marta an'anaviy MH saqlovchi spiral lasan asosida yangi yarim silindrsimon lasan ishlab chiqildi.Ushbu tadqiqot doimiy hajmdagi MH to'shagi va HTF quvurlari bilan ta'minlangan issiqlik uzatish zonasining yaxshiroq joylashuvi bilan yangi issiqlik almashtirgich dizaynini ko'rib chiqish orqali vodorodni saqlash samaradorligini oshirishi kutilmoqda.Keyinchalik, ushbu yangi issiqlik almashtirgichning saqlash ko'rsatkichlari turli lasan pog'onalariga asoslangan an'anaviy spiral bobinli issiqlik almashtirgichlar bilan taqqoslandi.Mavjud adabiyotlarga ko'ra, ish sharoitlari va bobinlar oralig'i MH reaktorlarining ishlashiga ta'sir qiluvchi asosiy omillardir.Ushbu yangi issiqlik almashtirgichning dizaynini optimallashtirish uchun lasan oralig'ining vodorodni qabul qilish vaqti va MH hajmiga ta'siri o'rganildi.Bundan tashqari, yangi yarim silindrsimon sariqlar va ish sharoitlari o'rtasidagi munosabatni tushunish uchun ushbu tadqiqotning ikkinchi maqsadi reaktorning turli xil ish parametrlari diapazonlari bo'yicha xususiyatlarini o'rganish va har bir ish uchun mos qiymatlarni aniqlash edi. rejimi.parametr.
Ushbu tadqiqotda vodorod energiyasini saqlash moslamasining ishlashi ikkita issiqlik almashtirgich konfiguratsiyasi (shu jumladan 1-3-holatlarda spiral quvurlar va 4-6-holatlarda yarim silindrsimon quvurlar) va ish parametrlarining sezgirlik tahlili asosida tekshiriladi.MH reaktorining ishlashi birinchi marta issiqlik almashtirgich sifatida spiral trubkadan foydalangan holda sinovdan o'tkazildi.Sovutish suyuqligining moy trubkasi ham, MH reaktorining idishi ham zanglamaydigan po'latdan yasalgan.Shuni ta'kidlash kerakki, MG reaktorining o'lchamlari va GTF quvurlarining diametri barcha holatlarda doimiy edi, GTF ning qadam o'lchamlari esa turlicha edi.Ushbu bo'limda HTF bobinlarining pitch hajmining ta'siri tahlil qilinadi.Reaktorning balandligi va tashqi diametri mos ravishda 110 mm va 156 mm edi.Issiqlik o'tkazuvchi neft quvurining diametri 6 mm ga o'rnatiladi.Spiral quvurlar va ikkita yarim silindrsimon naychali MH reaktorining sxemasi haqida batafsil ma'lumot uchun Qo'shimcha bo'limga qarang.
Shaklda.1a MH spiral quvurli reaktor va uning o'lchamlarini ko'rsatadi.Barcha geometrik parametrlar jadvalda keltirilgan.1. Spiralning umumiy hajmi va ZG hajmi mos ravishda taxminan 100 sm3 va 2000 sm3 ni tashkil qiladi.Bu MH reaktordan g'ovak MH reaktoriga pastdan spiral trubka orqali HTF ko'rinishidagi havo kiritildi va reaktorning yuqori yuzasidan vodorod kiritildi.
Metall gidridli reaktorlar uchun tanlangan geometriyalarning tavsifi.a) spiral quvurli issiqlik almashtirgich bilan, b) yarim silindrsimon quvurli issiqlik almashtirgich bilan.
Ikkinchi qism issiqlik almashtirgich sifatida yarim silindrsimon trubkaga asoslangan MH reaktorining ishlashini o'rganadi.Shaklda.1b-rasmda ikkita yarim silindrsimon naychali MN reaktori va ularning o'lchamlari ko'rsatilgan.1-jadvalda yarim silindrsimon quvurlarning barcha geometrik parametrlari keltirilgan, ular orasidagi masofa bundan mustasno, doimiy bo'lib qoladi.Shuni ta'kidlash kerakki, 4-holatdagi yarim silindrsimon trubka o'ralgan trubkada doimiy hajmdagi HTF trubkasi va MH qotishmasi bilan ishlab chiqilgan (variant 3).Anjirga kelsak.1b, havo ikkita yarim silindrsimon HTF trubasining pastki qismidan, vodorod esa MH reaktorining teskari yo'nalishidan kiritilgan.
Issiqlik almashtirgichning yangi dizayni tufayli ushbu bo'limning maqsadi SCHE bilan birgalikda MH reaktorining ish parametrlari uchun tegishli boshlang'ich qiymatlarni aniqlashdir.Barcha holatlarda havo reaktordan issiqlikni olib tashlash uchun sovutish suvi sifatida ishlatilgan.Issiqlik o'tkazuvchi moylar orasida havo va suv odatda arzonligi va atrof-muhitga ta'siri pastligi sababli MH reaktorlari uchun issiqlik tashuvchi moylar sifatida tanlanadi.Magniy asosidagi qotishmalarning yuqori ish harorati oralig'i tufayli ushbu tadqiqotda sovutish suvi sifatida havo tanlangan.Bundan tashqari, u boshqa suyuq metallar va erigan tuzlarga qaraganda yaxshiroq oqim xususiyatlariga ega41.2-jadvalda havoning 573 K da xossalari keltirilgan. Ushbu bo'limda sezgirlikni tahlil qilish uchun faqat MH-SCHE ishlash opsiyalarining eng yaxshi konfiguratsiyalari (4 dan 6 gacha bo'lgan hollarda) qo'llaniladi.Ushbu bo'limdagi hisob-kitoblar turli ish parametrlariga, jumladan MH reaktorining boshlang'ich harorati, vodorod yuklash bosimi, HTF kirish harorati va HTF tezligini o'zgartirish orqali hisoblangan Reynolds soniga asoslangan.3-jadvalda sezgirlikni tahlil qilish uchun ishlatiladigan barcha operatsion parametrlar mavjud.
Ushbu bo'lim sovutish suvlarining vodorodni yutish, turbulentlik va issiqlik uzatish jarayoni uchun barcha kerakli nazorat tenglamalarini tavsiflaydi.
Vodorodni qabul qilish reaksiyasining yechimini soddalashtirish uchun quyidagi taxminlar qo'yiladi va ta'minlanadi;
Absorbtsiya jarayonida vodorod va metall gidridlarning termofizik xususiyatlari doimiy bo'ladi.
Vodorod ideal gaz hisoblanadi, shuning uchun mahalliy issiqlik muvozanat shartlari43,44 hisobga olinadi.
Bu erda \({L}_{gas}\) - tankning radiusi va \({L}_{issiqlik}\) - tankning eksenel balandligi.N 0,0146 dan kam bo'lsa, tankdagi vodorod oqimi sezilarli xatoliksiz simulyatsiyada e'tiborga olinmasligi mumkin.Hozirgi tadqiqotlarga ko'ra, N 0,1 dan ancha past.Shuning uchun bosim gradienti ta'sirini e'tiborsiz qoldirish mumkin.
Reaktor devorlari barcha holatlarda yaxshi izolyatsiya qilingan.Shuning uchun reaktor va atrof-muhit o'rtasida issiqlik almashinuvi 47 yo'q.
Ma'lumki, Mg asosidagi qotishmalar yaxshi gidrogenlash xususiyatlariga ega va 7,6 og'irlik% 8 gacha bo'lgan yuqori vodorodni saqlash qobiliyatiga ega.Qattiq holatda vodorodni saqlash dasturlari nuqtai nazaridan, bu qotishmalar engil materiallar sifatida ham tanilgan.Bundan tashqari, ular mukammal issiqlikka chidamlilik va yaxshi ishlov berish qobiliyatiga ega8.Mg asosidagi bir nechta qotishmalar orasida Mg2Ni asosidagi MgNi qotishmasi vodorodni og'irligi 6% gacha saqlash qobiliyati tufayli MH saqlash uchun eng mos variantlardan biridir.Mg2Ni qotishmalari MgH48 qotishmasiga nisbatan tezroq adsorbsiya va desorbsiya kinetikasini ham ta'minlaydi.Shuning uchun Mg2Ni ushbu tadqiqotda metall gidrid materiali sifatida tanlangan.
Energiya tenglamasi vodorod va Mg2Ni gidrid o'rtasidagi issiqlik balansi asosida 25 sifatida ifodalanadi:
X - metall yuzasida so'rilgan vodorod miqdori, birlik \(og'irlik\%\), yutilish paytida \(\frac{dX}{dt}\) kinetik tenglamasidan quyidagi tarzda hisoblanadi49:
bu erda \({C}_{a}\) - reaksiya tezligi va \({E}_{a}\) - aktivlanish energiyasi.\({P}_{a,eq}\) - yutilish jarayonida metall gidridli reaktor ichidagi muvozanat bosimi, Vant-Xoff tenglamasi bilan quyidagi tarzda berilgan25:
Bu erda \({P}_{ref}\) 0,1 MPa mos yozuvlar bosimi.\(\Delta H\) va \(\Delta S\) mos ravishda reaksiyaning entalpiyasi va entropiyasidir.Mg2Ni va vodorod qotishmalarining xossalari jadvalda keltirilgan.4. Nomlangan ro'yxatni qo'shimcha bo'limda topish mumkin.
Suyuqlik oqimi turbulent hisoblanadi, chunki uning tezligi va Reynolds soni (Re) mos ravishda 78,75 ms-1 va 14000 ni tashkil qiladi.Ushbu tadqiqotda erishish mumkin bo'lgan k-e turbulentlik modeli tanlangan.Ta'kidlanishicha, bu usul boshqa k-e usullariga nisbatan yuqori aniqlikni ta'minlaydi, shuningdek, RNG k-e50,51 usullariga qaraganda kamroq hisoblash vaqtini talab qiladi.Issiqlik tashuvchi suyuqliklar uchun asosiy tenglamalar haqida batafsil ma'lumot uchun Qo'shimcha bo'limga qarang.
Dastlab, MN reaktorida harorat rejimi bir xil bo'lib, vodorodning o'rtacha konsentratsiyasi 0,043 ni tashkil etdi.MH reaktorining tashqi chegarasi yaxshi izolyatsiya qilingan deb taxmin qilinadi.Magniy asosidagi qotishmalar odatda reaktorda vodorodni saqlash va chiqarish uchun yuqori reaksiya ish haroratini talab qiladi.Mg2Ni qotishmasi maksimal yutilish uchun 523-603 K harorat oralig'ini va to'liq desorbtsiya uchun 573-603 K harorat oralig'ini talab qiladi52.Biroq, Muthukumar va boshq.53 tomonidan olib borilgan eksperimental tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, Mg2Ni ning vodorodni saqlash uchun maksimal saqlash sig'imi 573 K ish haroratida erishilishi mumkin, bu uning nazariy imkoniyatlariga mos keladi.Shuning uchun ushbu tadqiqotda MN reaktorining boshlang'ich harorati sifatida 573 K harorat tanlangan.
Tasdiqlash va ishonchli natijalar uchun turli panjara o'lchamlarini yarating.Shaklda.2 to'rt xil elementdan vodorodni yutish jarayonida tanlangan joylarda o'rtacha haroratni ko'rsatadi.Shuni ta'kidlash kerakki, o'xshash geometriya tufayli tarmoq mustaqilligini tekshirish uchun har bir konfiguratsiyaning faqat bitta holati tanlangan.Xuddi shu mesh usuli boshqa hollarda qo'llaniladi.Shuning uchun, spiral quvur uchun 1-variantni va yarim silindrsimon quvur uchun 4-variantni tanlang.Shaklda.2a, b mos ravishda 1 va 4 variantlari uchun reaktordagi o'rtacha haroratni ko'rsatadi.Tanlangan uchta joy reaktorning yuqori, o'rta va pastki qismidagi yotoq harorati konturlarini ifodalaydi.Tanlangan joylarda harorat konturlariga asoslanib, o'rtacha harorat barqaror bo'ladi va 1 va 4 holatlar uchun mos ravishda 428,891 va 430,599 element raqamlarida ozgina o'zgarishlarni ko'rsatadi.Shu sababli, ushbu panjara o'lchamlari keyingi hisob-kitoblar uchun tanlangan.Har xil hujayra o'lchamlari va ketma-ket tozalangan to'rlar uchun vodorodni yutish jarayoni uchun o'rtacha yotoq harorati haqida batafsil ma'lumot qo'shimcha bo'limda keltirilgan.
Turli panjara raqamlari bo'lgan metall gidridli reaktorda vodorodni yutish jarayonining tanlangan nuqtalarida o'rtacha yotoq harorati.(a) 1-holat uchun tanlangan joylarda oʻrtacha harorat va (b) 4-holda tanlangan joylarda oʻrtacha harorat.
Ushbu tadqiqotda Mg ga asoslangan metall gidridli reaktor Muthukumar va boshqalarning eksperimental natijalari asosida sinovdan o'tkazildi.53.O'z tadqiqotida ular vodorodni zanglamaydigan po'lat quvurlarda saqlash uchun Mg2Ni qotishmasidan foydalanganlar.Mis qanotlari reaktor ichidagi issiqlik uzatishni yaxshilash uchun ishlatiladi.Shaklda.3a eksperimental tadqiqot va ushbu tadqiqot o'rtasidagi yutilish jarayoni qatlamining o'rtacha haroratini taqqoslashni ko'rsatadi.Ushbu tajriba uchun tanlangan ish sharoitlari: MG boshlang'ich harorati 573 K va kirish bosimi 2 MPa.Anjirdan.Shakl 3a shuni aniq ko'rsatish mumkinki, bu tajriba natijasi qatlamning o'rtacha harorati bo'yicha hozirgi natijaga yaxshi mos keladi.
Modelni tekshirish.(a) Joriy tadqiqotni Muthukumar va boshq.52 ning eksperimental ishi bilan solishtirish orqali Mg2Ni metall gidrid reaktorining kodini tekshirish va (b) joriy tadqiqotni Kumar va boshq. .Tadqiqot.54.
Turbulentlik modelini sinab ko'rish uchun ushbu tadqiqot natijalari tanlangan turbulentlik modelining to'g'riligini tasdiqlash uchun Kumar va boshq.54ning eksperimental natijalari bilan taqqoslandi.Kumar va boshqalar 54 quvur ichidagi spiral issiqlik almashtirgichdagi turbulent oqimni o'rgandilar.Suv qarama-qarshi tomondan AOK qilingan issiq va sovuq suyuqlik sifatida ishlatiladi.Issiq va sovuq suyuqlikning harorati mos ravishda 323 K va 300 K.Reynolds raqamlari issiq suyuqliklar uchun 3100 dan 5700 gacha va sovuq suyuqliklar uchun 21 000 dan 35 000 gacha.Dekan raqamlari issiq suyuqliklar uchun 550-1000 va sovuq suyuqliklar uchun 3600-6000.Ichki quvur (issiq suyuqlik uchun) va tashqi quvur (sovuq suyuqlik uchun) diametrlari mos ravishda 0,0254 m va 0,0508 m.Spiral g'altakning diametri va qadami mos ravishda 0,762 m va 0,100 m.Shaklda.3b ichki trubkadagi sovutish suvi uchun Nusselt va Dean raqamlarining turli juftliklari uchun eksperimental va joriy natijalarni taqqoslashni ko'rsatadi.Uch xil turbulentlik modeli amalga oshirildi va eksperimental natijalar bilan solishtirildi.Shaklda ko'rsatilganidek.3b, erishish mumkin bo'lgan k-e turbulentlik modelining natijalari eksperimental ma'lumotlarga yaxshi mos keladi.Shuning uchun ushbu tadqiqotda ushbu model tanlangan.
Ushbu tadqiqotda raqamli simulyatsiyalar ANSYS Fluent 2020 R2 yordamida amalga oshirildi.Foydalanuvchi tomonidan aniqlangan funktsiyani (UDF) yozing va undan yutilish jarayonining kinetikasini hisoblash uchun energiya tenglamasining kirish muddati sifatida foydalaning.PRESTO55 sxemasi va PISO56 usuli bosim-tezlik aloqasi va bosimni tuzatish uchun ishlatiladi.O'zgaruvchan gradient uchun Greene-Gauss hujayra bazasini tanlang.Impuls va energiya tenglamalari ikkinchi tartibli shamolga qarshi usul bilan echiladi.Kam bo'shashish koeffitsientlariga kelsak, bosim, tezlik va energiya komponentlari mos ravishda 0,5, 0,7 va 0,7 ga o'rnatiladi.Standart devor funktsiyalari turbulentlik modelida HTF uchun qo'llaniladi.
Ushbu bo'limda vodorodni yutish jarayonida spiralli issiqlik almashtirgich (HCHE) va spiral lasan issiqlik almashtirgich (SCHE) yordamida MH reaktorining yaxshilangan ichki issiqlik almashinuvining raqamli simulyatsiyasi natijalari keltirilgan.HTF pitchining reaktor qavatining harorati va yutilish davomiyligiga ta'siri tahlil qilindi.Yutish jarayonining asosiy ish parametrlari o'rganiladi va sezgirlikni tahlil qilish bo'limida taqdim etiladi.
MH reaktorida lasan oralig'ining issiqlik o'tkazuvchanligiga ta'sirini o'rganish uchun turli balandlikdagi uchta issiqlik almashinuvchi konfiguratsiyasi o'rganildi.15 mm, 12,86 mm va 10 mm bo'lgan uchta turli qadamlar mos ravishda 1-tana, 2-tana va 3-tana deb belgilangan.Shuni ta'kidlash kerakki, quvur diametri 573 K boshlang'ich haroratda va barcha holatlarda 1,8 MPa yuk bosimida 6 mm da o'rnatildi.Shaklda.4 1 dan 3 gacha bo'lgan hollarda vodorodni yutish jarayonida MH qatlamidagi o'rtacha yotoq harorati va vodorod konsentratsiyasini ko'rsatadi. Odatda, metall gidrid va vodorod o'rtasidagi reaktsiya assimilyatsiya jarayoniga ekzotermikdir.Shuning uchun, vodorod birinchi marta reaktorga kiritilgan dastlabki moment tufayli yotoqning harorati tez ko'tariladi.Choyshab harorati maksimal qiymatga yetguncha ortadi va keyin issiqlikni sovutish suvi tomonidan olib ketilishi bilan asta-sekin pasayadi, u pastroq haroratga ega va sovutish suvi vazifasini bajaradi.Shaklda ko'rsatilganidek.4a, oldingi tushuntirish tufayli, qatlamning harorati tez o'sib boradi va doimiy ravishda pasayadi.Absorbtsiya jarayoni uchun vodorod konsentratsiyasi odatda MH reaktorining yotoq haroratiga asoslanadi.Qatlamning o'rtacha harorati ma'lum bir haroratga tushganda, metall yuzasi vodorodni o'zlashtiradi.Bu reaktorda vodorodning fizisorbtsiya, xemisorbtsiya, diffuziya va uning gidridlarini hosil qilish jarayonlarining tezlashishi bilan bog'liq.Anjirdan.4b dan ko'rinib turibdiki, 3-holatdagi vodorodning yutilish tezligi lasan issiqlik almashtirgichning kichikroq qadam qiymati tufayli boshqa holatlarga qaraganda pastroq.Bu uzunroq umumiy quvur uzunligi va HTF quvurlari uchun katta issiqlik uzatish maydoniga olib keladi.Vodorodning o'rtacha konsentratsiyasi 90% bo'lgan holda, 1-holati uchun so'rilish vaqti 46,276 soniyani tashkil qiladi.1-holatdagi yutilish davomiyligi bilan solishtirganda, 2 va 3-holatlarda so'rilish davomiyligi mos ravishda 724 s va 1263 s ga qisqardi.Qo'shimcha bo'limda HCHE-MH qatlamining tanlangan joylari uchun harorat va vodorod konsentratsiyasi konturlari keltirilgan.
Bobinlar orasidagi masofaning o'rtacha qatlam harorati va vodorod konsentratsiyasiga ta'siri.(a) spiral bobinlar uchun o'rtacha yotoq harorati, (b) spiral bobinlar uchun vodorod kontsentratsiyasi, (c) yarim silindrsimon bobinlar uchun o'rtacha yotoq harorati va (d) yarim silindrsimon sariqlar uchun vodorod konsentratsiyasi.
MG reaktorining issiqlik uzatish xususiyatlarini yaxshilash uchun ikkita HFC doimiy hajmdagi MG (2000 sm3) va 3-variantning spiral issiqlik almashtirgichi (100 sm3) uchun mo'ljallangan. 4-xodisa uchun 15 mm, 5-xodisa uchun 12,86 mm va 6-chi korpus uchun 10 mm bo'lgan rulonlar.4c,d 573 K boshlang'ich haroratda va 1,8 MPa yuk bosimida vodorodni yutish jarayonining o'rtacha yotoq harorati va konsentratsiyasini ko'rsatadi.4c-rasmdagi o'rtacha qatlam haroratiga ko'ra, 6-holatdagi bobinlar orasidagi kichik masofa boshqa ikki holatga nisbatan haroratni sezilarli darajada pasaytiradi.6-holat uchun pastroq yotoq harorati yuqori vodorod konsentratsiyasiga olib keladi (4d-rasmga qarang).4-variant uchun vodorodni qabul qilish vaqti 19542 s ni tashkil qiladi, bu HCH dan foydalangan holda 1-3-variantlarga qaraganda 2 baravar past.Bundan tashqari, 4-holat bilan solishtirganda, yutilish vaqti ham pastroq masofalar bilan 5 va 6-holatlarda 378 s va 1515 s ga qisqardi.Qo'shimcha bo'limda SCHE-MH qatlamining tanlangan joylari uchun harorat va vodorod konsentratsiyasi konturlari keltirilgan.
Ikki issiqlik almashtirgich konfiguratsiyasining ishlashini o'rganish uchun ushbu bo'lim uchta tanlangan joyda harorat egri chizig'ini chizadi va taqdim etadi.3-holatdagi HCHE bilan MH reaktori 4-holatdagi SCHE-ni o'z ichiga olgan MH reaktori bilan taqqoslash uchun tanlangan, chunki u doimiy MH hajmi va quvur hajmiga ega.Ushbu taqqoslash uchun ish sharoitlari dastlabki harorat 573 K va yuklash bosimi 1,8 MPa edi.Shaklda.5a va 5b mos ravishda 3 va 4 holatlardagi harorat rejimining tanlangan uchta pozitsiyasini ko'rsatadi.Shaklda.5c 20000 s vodorodni o'zlashtirishdan keyin harorat rejimi va qatlam konsentratsiyasini ko'rsatadi.5c-rasmdagi 1-qatorga ko'ra, 3 va 4-variantlardan TTF atrofidagi harorat sovutish suyuqligining konvektiv issiqlik o'tkazuvchanligi tufayli kamayadi.Bu ushbu hudud atrofida vodorodning yuqori konsentratsiyasiga olib keladi.Biroq, ikkita SCHE dan foydalanish yuqori qatlam konsentratsiyasiga olib keladi.4-holatda HTF mintaqasi atrofida tezroq kinetik javoblar topildi. Bundan tashqari, ushbu mintaqada 100% maksimal konsentratsiya ham topildi.Reaktorning o'rtasida joylashgan 2-chiziqdan 4-holatning harorati reaktor markazidan tashqari barcha joylarda 3-holat haroratidan sezilarli darajada past.Bu 4-holat uchun vodorodning maksimal kontsentratsiyasiga olib keladi, reaktor markaziga yaqin, HTFdan uzoqda joylashgan hudud bundan mustasno.Biroq, 3-holda konsentratsiyasi unchalik o'zgarmadi.GTSga kirish joyi yaqinidagi 3-qatorda qatlamning harorati va kontsentratsiyasida katta farq kuzatildi.4-holatdagi qatlamning harorati sezilarli darajada pasaydi, natijada bu mintaqada eng yuqori vodorod kontsentratsiyasi yuzaga keldi, 3-holatdagi kontsentratsiya chizig'i hali ham o'zgarib turardi.Bu SCHE issiqlik uzatishning tezlashishi bilan bog'liq.MH qatlami va HTF quvurining o'rtacha haroratini 3 va 4 holat o'rtasidagi taqqoslash tafsilotlari va muhokamasi qo'shimcha bo'limda keltirilgan.
Metall gidridli reaktorning tanlangan joylarida harorat rejimi va yotoq konsentratsiyasi.(a) 3-holat uchun tanlangan joylar, (b) 4-holat uchun tanlangan joylar va (c) 3 va 4-holatlarda vodorodni qabul qilish jarayoni uchun 20000 soniyadan keyin tanlangan joylarda harorat rejimi va qatlam konsentratsiyasi.
Shaklda.6-rasmda HCH va SHE ning yutilishi uchun o'rtacha yotoq harorati (6a-rasmga qarang) va vodorod konsentratsiyasi (6b-rasmga qarang) taqqoslanishi ko'rsatilgan.Bu raqamdan ko'rinib turibdiki, MG qatlamining harorati issiqlik almashinuvi maydonining oshishi tufayli sezilarli darajada pasayadi.Reaktordan ko'proq issiqlikni olib tashlash vodorodni olish tezligini oshiradi.Ikki issiqlik almashtirgich konfiguratsiyasi HCHE 3-variantdan foydalanish bilan solishtirganda bir xil hajmga ega bo'lsa-da, 4-variantga asoslangan SCHE-ning vodorodni qabul qilish vaqti 59% ga sezilarli darajada kamaydi.Batafsilroq tahlil qilish uchun ikkita issiqlik almashtirgich konfiguratsiyasi uchun vodorod kontsentratsiyasi 7-rasmda izoliylar sifatida ko'rsatilgan. Bu rasm ikkala holatda ham vodorod HTF kirish joyi atrofida pastdan so'rila boshlaganini ko'rsatadi.Yuqori konsentratsiyalar HTF hududida aniqlangan, MH reaktorining markazida esa issiqlik almashtirgichdan uzoqligi sababli past konsentratsiyalar kuzatilgan.10 000 sekunddan keyin 4-holatdagi vodorod konsentratsiyasi 3-holatdagiga qaraganda sezilarli darajada yuqori boʻladi. 20000 soniyadan soʻng reaktordagi oʻrtacha vodorod kontsentratsiyasi 4-holatdagi vodorod 50% ga nisbatan 90% gacha koʻtarildi. Buning sababi boʻlishi mumkin. ikkita SCHEni birlashtirganda yuqori samarali sovutish quvvatiga, natijada MH qatlami ichidagi harorat past bo'ladi.Binobarin, MG qatlami ichiga ko'proq muvozanat bosimi tushadi, bu esa vodorodning tezroq so'rilishiga olib keladi.
3-holat va 4-holatlar Ikki issiqlik almashtirgich konfiguratsiyasi oʻrtasida oʻrtacha yotoq harorati va vodorod konsentratsiyasini solishtirish.
Vodorod kontsentratsiyasini 3-holat va 4-holatda vodorodni yutish jarayoni boshlanganidan keyin 500, 2000, 5000, 10000 va 20000 s dan keyin solishtirish.
5-jadvalda barcha holatlar uchun vodorodni qabul qilish muddati umumlashtiriladi.Bundan tashqari, jadvalda vodorodning yutilish vaqti ham ko'rsatilgan, foizda ifodalangan.Bu foiz 1-holatining yutilish vaqti asosida hisoblanadi. Ushbu jadvaldan HCHE yordamida MH reaktorining yutilish vaqti taxminan 45 000 dan 46 000 s gacha, SCHE bilan singdirish vaqti esa taxminan 18 000 dan 19 000 s gacha.1-holati bilan solishtirganda, 2 va 3-holda so'rilish vaqti mos ravishda atigi 1,6% va 2,7% ga qisqardi.HCHE o'rniga SCHE dan foydalanilganda, so'rilish vaqti 4-holdan 6-holatga, 58% dan 61% gacha sezilarli darajada qisqardi.MH reaktoriga SCHE qo'shilishi vodorodni yutish jarayonini va MH reaktorining ish faoliyatini sezilarli darajada yaxshilashi aniq.MH reaktorining ichiga issiqlik almashtirgichni o'rnatish saqlash hajmini kamaytirsa-da, bu texnologiya boshqa texnologiyalarga nisbatan issiqlik uzatishni sezilarli darajada yaxshilashni ta'minlaydi.Shuningdek, pitch qiymatini kamaytirish SCHE hajmini oshiradi, natijada MH hajmi kamayadi.SCHE hajmi eng yuqori bo'lgan 6-holatda, MH hajmli sig'imi eng past HCHE hajmiga ega 1-holatga nisbatan atigi 5% ga kamaydi.Bundan tashqari, assimilyatsiya vaqtida, 6-holda so'rilish vaqtini 61% ga qisqartirish bilan tezroq va yaxshiroq ishlash ko'rsatdi.Shuning uchun sezgirlikni tahlil qilishda qo'shimcha tekshirish uchun 6-holat tanlandi.Shuni ta'kidlash kerakki, uzoq vodorodni qabul qilish vaqti taxminan 2000 sm3 MH hajmini o'z ichiga olgan saqlash tanki bilan bog'liq.
Reaktsiya paytida ish parametrlari haqiqiy sharoitlarda MH reaktorining ishlashiga ijobiy yoki salbiy ta'sir ko'rsatadigan muhim omillardir.Ushbu tadqiqot SCHE bilan birgalikda MH reaktorining tegishli dastlabki ish parametrlarini aniqlash uchun sezgirlik tahlilini ko'rib chiqadi va bu bo'lim 6-holda optimal reaktor konfiguratsiyasiga asoslangan to'rtta asosiy ish parametrlarini o'rganadi. Barcha ish sharoitlari uchun natijalar quyidagi maqolada ko'rsatilgan. 8-rasm.
Yarim silindrsimon lasan bilan issiqlik almashtirgichdan foydalanganda turli xil ish sharoitlarida vodorod konsentratsiyasining grafigi.(a) yuklash bosimi, (b) dastlabki yotoq harorati, (c) sovutish suvi Reynolds raqami va (d) sovutish suvi kirish harorati.
573 K doimiy boshlang'ich harorat va Reynolds soni 14 000 bo'lgan sovutish suvi oqimi tezligiga asoslanib, to'rt xil yuklash bosimi tanlangan: 1,2 MPa, 1,8 MPa, 2,4 MPa va 3,0 MPa.Shaklda.8a yuk bosimi va SCHE ning vaqt o'tishi bilan vodorod konsentratsiyasiga ta'sirini ko'rsatadi.Yuklash bosimi ortishi bilan assimilyatsiya vaqti kamayadi.1,2 MPa qo'llaniladigan vodorod bosimidan foydalanish vodorodni yutish jarayoni uchun eng yomon holat bo'lib, vodorodning 90% singishiga erishish uchun assimilyatsiya davomiyligi 26000 s dan oshadi.Shu bilan birga, yuqori yuklash bosimi assimilyatsiya vaqtining 1,8 dan 3,0 MPa gacha 32-42% ga kamayishiga olib keldi.Bu vodorodning yuqori boshlang'ich bosimiga bog'liq bo'lib, bu muvozanat bosimi va qo'llaniladigan bosim o'rtasidagi katta farqga olib keladi.Shuning uchun bu vodorodni qabul qilish kinetikasi uchun katta harakatlantiruvchi kuch yaratadi.Dastlabki momentda muvozanat bosimi va qo'llaniladigan bosim o'rtasidagi katta farq tufayli vodorod gazi tez so'riladi57.3,0 MPa yuk bosimida 18% vodorod dastlabki 10 soniyada tez to'plangan.Vodorod reaktorlarning 90 foizida oxirgi bosqichda 15460 soniya davomida saqlangan.Biroq, 1,2 dan 1,8 MPa gacha bo'lgan yuk bosimida assimilyatsiya vaqti sezilarli darajada 32% ga kamaydi.Boshqa yuqori bosimlar assimilyatsiya vaqtini yaxshilashga kamroq ta'sir ko'rsatdi.Shuning uchun MH-SCHE reaktorining yuklash bosimi 1,8 MPa bo'lishi tavsiya etiladi.Qo'shimcha bo'limda 15500 s dagi turli yuklash bosimlari uchun vodorod konsentratsiyasi konturlari ko'rsatilgan.
MH reaktorining tegishli boshlang'ich haroratini tanlash vodorodni adsorbsiyalash jarayoniga ta'sir qiluvchi asosiy omillardan biridir, chunki u gidrid hosil bo'lish reaktsiyasining harakatlantiruvchi kuchiga ta'sir qiladi.SCHE ning MH reaktorining boshlang'ich haroratiga ta'sirini o'rganish uchun 1,8 MPa doimiy yuk bosimida va Reynolds soni 14 000 HTFda to'rt xil harorat tanlangan.Shaklda.8b-rasmda turli xil boshlang'ich haroratlar, jumladan 473K, 523K, 573K va 623K solishtirish ko'rsatilgan.Aslida, harorat 230 ° C yoki 503K58 dan yuqori bo'lsa, Mg2Ni qotishmasi vodorodni yutish jarayoni uchun samarali xususiyatlarga ega.Biroq, vodorod in'ektsiyasining dastlabki momentida harorat tez ko'tariladi.Binobarin, MG qatlamining harorati 523 K dan oshadi. Shuning uchun yutilish tezligining oshishi hisobiga gidridlarning hosil bo`lishi osonlashadi53.Anjirdan.8b-rasmdan ko'rinib turibdiki, MB qatlamining boshlang'ich harorati pasayganda vodorod tezroq so'riladi.Pastki muvozanat bosimlari dastlabki harorat pastroq bo'lganda paydo bo'ladi.Muvozanat bosimi va qo'llaniladigan bosim o'rtasidagi bosim farqi qanchalik katta bo'lsa, vodorodni yutish jarayoni tezroq bo'ladi.Dastlabki 473 K haroratda vodorod dastlabki 18 soniyada 27% gacha tez so'riladi.Bundan tashqari, assimilyatsiya vaqti ham 623 K boshlang'ich haroratga nisbatan pastroq boshlang'ich haroratda 11% dan 24% gacha qisqartirildi. Eng past boshlang'ich haroratda 473 K yutilish vaqti 15247 s ni tashkil qiladi, bu eng yaxshisiga o'xshaydi. holatda yuklash bosimi, ammo, boshlang'ich harorat reaktor haroratining pasayishi vodorod saqlash hajmining pasayishiga olib keladi.MN reaktorining dastlabki harorati kamida 503 K53 bo'lishi kerak.Bundan tashqari, 573 K53 boshlang'ich haroratda maksimal vodorod saqlash hajmi 3,6 wt% ga erishish mumkin.Vodorodni saqlash hajmi va yutilish davomiyligi bo'yicha 523 dan 573 K gacha bo'lgan haroratlar vaqtni faqat 6% ga qisqartiradi.Shuning uchun MH-SCHE reaktorining boshlang'ich harorati sifatida 573 K harorat taklif etiladi.Biroq, dastlabki haroratning assimilyatsiya jarayoniga ta'siri yuklash bosimiga nisbatan kamroq ahamiyatga ega edi.Qo'shimcha bo'limda 15500 s da har xil boshlang'ich haroratlar uchun vodorod konsentratsiyasining konturlari ko'rsatilgan.
Oqim tezligi gidrogenlash va dehidrogenatsiyaning asosiy parametrlaridan biri hisoblanadi, chunki u gidrogenlash va gidrogenatsiyalash vaqtida turbulentlik va issiqlikni olib tashlash yoki kirishga ta'sir qilishi mumkin59.Yuqori oqim tezligi turbulent fazalarni hosil qiladi va HTF quvurlari orqali suyuqlikning tezroq oqishiga olib keladi.Bu reaktsiya tezroq issiqlik uzatishga olib keladi.HTF uchun turli xil kirish tezligi Reynoldsning 10 000, 14 000, 18 000 va 22 000 raqamlari asosida hisoblanadi.MG qatlamining dastlabki harorati 573 K va yuklash bosimi 1,8 MPa da o'rnatildi.Natijalar shakl.8c shuni ko'rsatadiki, yuqoriroq Reynolds raqamini SCHE bilan birgalikda ishlatish yuqori qabul qilish tezligiga olib keladi.Reynolds soni 10 000 dan 22 000 gacha oshgani sayin, so'rilish vaqti taxminan 28-50% ga kamayadi.Reynolds soni 22 000 bo'lgan assimilyatsiya vaqti 12 505 sekundni tashkil etadi, bu turli xil dastlabki yuklash harorati va bosimidan kamroq.12500 s da GTP uchun turli Reynolds raqamlari uchun vodorod kontsentratsiyasi konturlari qo'shimcha bo'limda keltirilgan.
SCHE ning HTF ning dastlabki haroratiga ta'siri tahlil qilinadi va 8d-rasmda ko'rsatilgan.573 K boshlang'ich MG haroratida va 1,8 MPa vodorod yuklash bosimida ushbu tahlil uchun to'rtta boshlang'ich harorat tanlangan: 373 K, 473 K, 523 K va 573 K. 8d sovutish suvi haroratining pasayishi ko'rsatadi. kirish joyida assimilyatsiya vaqtining qisqarishiga olib keladi.Kirish harorati 573 K bo'lgan asosiy korpus bilan taqqoslaganda, yutilish vaqti mos ravishda 523 K, 473 K va 373 K kirish harorati uchun taxminan 20%, 44% va 56% ga qisqardi.6917 s da GTF ning dastlabki harorati 373 K, reaktordagi vodorod konsentratsiyasi 90% ni tashkil qiladi.Buni MG qatlami va HCS o'rtasida yaxshilangan konvektiv issiqlik uzatish bilan izohlash mumkin.Pastroq HTF harorati issiqlik tarqalishini oshiradi va vodorodning o'zlashtirilishiga olib keladi.Barcha ish parametrlari orasida HTF kirish haroratini oshirish orqali MH-SCHE reaktorining ish faoliyatini yaxshilash eng mos usul bo'ldi, chunki assimilyatsiya jarayonining tugash vaqti 7000 s dan kam edi, boshqa usullarning eng qisqa assimilyatsiya vaqti esa ko'proq edi. 10000 s dan ortiq.Vodorod kontsentratsiyasi konturlari 7000 s uchun GTP ning turli xil boshlang'ich harorati uchun taqdim etilgan.
Ushbu tadqiqot birinchi marta metall gidridni saqlash moslamasiga birlashtirilgan yangi yarim silindrsimon lasan issiqlik almashtirgichni taqdim etadi.Taklif etilayotgan tizimning vodorodni yutish qobiliyati issiqlik almashtirgichning turli konfiguratsiyasi bilan tekshirildi.Yangi issiqlik almashtirgich yordamida metall gidridlarni saqlash uchun maqbul sharoitlarni topish uchun ish parametrlarining metall gidrid qatlami va sovutish suvi o'rtasidagi issiqlik almashinuviga ta'siri o'rganildi.Ushbu tadqiqotning asosiy natijalari quyidagicha umumlashtiriladi:
Yarim silindrsimon lasan issiqlik almashinuvchisi bilan issiqlik uzatish ko'rsatkichlari yaxshilanadi, chunki u magniy qatlami reaktorida bir xil issiqlik taqsimotiga ega, bu esa vodorodning yutilish tezligini oshiradi.Issiqlik almashinuvi trubkasi va metall gidridning hajmi o'zgarishsiz qolishi sharti bilan, assimilyatsiya reaktsiyasi vaqti an'anaviy spiralli issiqlik almashtirgichga nisbatan 59% ga sezilarli darajada kamayadi.
Yuborilgan vaqt: 2023 yil 15-yanvar