Cảm ơn bạn đã ghé thăm Nature.com.Bạn đang sử dụng phiên bản trình duyệt có hỗ trợ CSS hạn chế.Để có trải nghiệm tốt nhất, chúng tôi khuyên bạn nên sử dụng trình duyệt đã cập nhật (hoặc tắt Chế độ tương thích trong Internet Explorer).Ngoài ra, để đảm bảo được hỗ trợ liên tục, chúng tôi hiển thị trang web không có kiểu và JavaScript.
Hiển thị băng chuyền gồm ba trang trình bày cùng một lúc.Sử dụng các nút Trước và Tiếp theo để di chuyển qua ba trang chiếu cùng một lúc hoặc sử dụng các nút trượt ở cuối để di chuyển qua ba trang chiếu cùng một lúc.
Hyđrua kim loại (MH) được công nhận là một trong những nhóm vật liệu phù hợp nhất để lưu trữ hydro nhờ khả năng lưu trữ hydro lớn, áp suất vận hành thấp và độ an toàn cao.Tuy nhiên, động học hấp thụ hydro chậm chạp của chúng làm giảm đáng kể hiệu suất lưu trữ.Việc loại bỏ nhiệt nhanh hơn khỏi bộ lưu trữ MH có thể đóng một vai trò quan trọng trong việc tăng tốc độ hấp thụ hydro, dẫn đến hiệu suất lưu trữ được cải thiện.Về vấn đề này, nghiên cứu này nhằm mục đích cải thiện các đặc tính truyền nhiệt nhằm tác động tích cực đến tốc độ hấp thụ hydro của hệ thống lưu trữ MH.Cuộn dây bán trụ mới lần đầu tiên được phát triển và tối ưu hóa cho việc lưu trữ hydro và được tích hợp như một bộ trao đổi nhiệt không khí bên trong (HTF).Dựa trên các kích thước bước khác nhau, ảnh hưởng của cấu hình bộ trao đổi nhiệt mới được phân tích và so sánh với hình dạng cuộn dây xoắn ốc thông thường.Ngoài ra, các thông số vận hành của bộ lưu trữ MG và GTP đã được nghiên cứu số lượng để thu được giá trị tối ưu.Để mô phỏng số, ANSYS Fluent 2020 R2 được sử dụng.Kết quả của nghiên cứu này cho thấy hiệu suất của bể chứa MH có thể được cải thiện đáng kể bằng cách sử dụng bộ trao đổi nhiệt cuộn dây bán trụ (SCHE).So với các bộ trao đổi nhiệt dạng cuộn xoắn ốc thông thường, thời gian hấp thụ hydro giảm 59%.Khoảng cách nhỏ nhất giữa các cuộn dây SCHE giúp giảm 61% thời gian hấp thụ.Về các thông số vận hành của kho lưu trữ MG sử dụng SHE, tất cả các thông số được chọn đều dẫn đến sự cải thiện đáng kể trong quá trình hấp thụ hydro, đặc biệt là nhiệt độ ở đầu vào HTS.
Có một sự chuyển đổi toàn cầu từ năng lượng dựa trên nhiên liệu hóa thạch sang năng lượng tái tạo.Bởi vì nhiều dạng năng lượng tái tạo cung cấp năng lượng một cách năng động nên việc lưu trữ năng lượng là cần thiết để cân bằng tải.Việc lưu trữ năng lượng dựa trên hydro đã thu hút rất nhiều sự chú ý cho mục đích này, đặc biệt là vì hydro có thể được sử dụng làm chất mang năng lượng và nhiên liệu thay thế “xanh” do tính chất và tính di động của nó.Ngoài ra, hydro còn cung cấp hàm lượng năng lượng trên một đơn vị khối lượng cao hơn so với nhiên liệu hóa thạch2.Có bốn loại lưu trữ năng lượng hydro chính: lưu trữ khí nén, lưu trữ dưới lòng đất, lưu trữ chất lỏng và lưu trữ rắn.Hydro nén là loại chính được sử dụng trong các phương tiện sử dụng pin nhiên liệu như xe buýt và xe nâng hàng.Tuy nhiên, kho lưu trữ này có mật độ hydro thấp (khoảng 0,089 kg/m3) và có các vấn đề về an toàn liên quan đến áp suất vận hành cao3.Dựa trên quá trình chuyển đổi ở nhiệt độ và áp suất xung quanh thấp, kho lưu trữ chất lỏng sẽ lưu trữ hydro ở dạng lỏng.Tuy nhiên, khi hóa lỏng, khoảng 40% năng lượng bị mất đi.Ngoài ra, công nghệ này còn được biết là tiêu tốn nhiều năng lượng và nhân công hơn so với công nghệ lưu trữ thể rắn4.Lưu trữ rắn là một lựa chọn khả thi cho nền kinh tế hydro, lưu trữ hydro bằng cách kết hợp hydro vào vật liệu rắn thông qua quá trình hấp thụ và giải phóng hydro thông qua quá trình giải hấp.Hyđrua kim loại (MH), một công nghệ lưu trữ vật liệu rắn, gần đây được quan tâm trong các ứng dụng pin nhiên liệu do công suất hydro cao, áp suất vận hành thấp và chi phí thấp so với lưu trữ chất lỏng và phù hợp cho các ứng dụng cố định và di động6,7 In Ngoài ra, vật liệu MH còn mang lại các đặc tính an toàn như lưu trữ hiệu quả với dung lượng lớn8.Tuy nhiên, có một vấn đề làm hạn chế năng suất của MG: độ dẫn nhiệt thấp của lò phản ứng MG dẫn đến khả năng hấp thụ và giải hấp hydro chậm.
Truyền nhiệt thích hợp trong các phản ứng tỏa nhiệt và thu nhiệt là chìa khóa để cải thiện hiệu suất của lò phản ứng MH.Đối với quá trình nạp hydro, nhiệt sinh ra phải được loại bỏ khỏi lò phản ứng để kiểm soát dòng nạp hydro ở tốc độ mong muốn với khả năng lưu trữ tối đa.Thay vào đó, cần có nhiệt để tăng tốc độ giải phóng hydro trong quá trình phóng điện.Để cải thiện hiệu suất truyền nhiệt và khối lượng, nhiều nhà nghiên cứu đã nghiên cứu thiết kế và tối ưu hóa dựa trên nhiều yếu tố như thông số vận hành, cấu trúc MG và tối ưu hóa MG11.Tối ưu hóa MG có thể được thực hiện bằng cách thêm các vật liệu dẫn nhiệt cao như kim loại xốp vào lớp MG 12,13.Do đó, độ dẫn nhiệt hiệu quả có thể tăng từ 0,1 lên 2 W/mK10.Tuy nhiên, việc bổ sung vật liệu rắn làm giảm đáng kể công suất của lò phản ứng MN.Liên quan đến các thông số vận hành, có thể đạt được những cải tiến bằng cách tối ưu hóa các điều kiện vận hành ban đầu của lớp MG và chất làm mát (HTF).Cấu trúc của MG có thể được tối ưu hóa nhờ hình dạng của lò phản ứng và thiết kế của bộ trao đổi nhiệt.Về cấu hình của bộ trao đổi nhiệt lò phản ứng MH, các phương pháp có thể được chia thành hai loại.Đây là các bộ trao đổi nhiệt bên trong được tích hợp trong lớp MO và các bộ trao đổi nhiệt bên ngoài bao phủ lớp MO như cánh tản nhiệt, áo làm mát và bể nước.Đối với bộ trao đổi nhiệt bên ngoài, Kaplan16 đã phân tích hoạt động của lò phản ứng MH, sử dụng nước làm mát làm áo khoác để giảm nhiệt độ bên trong lò phản ứng.Kết quả được so sánh với lò phản ứng có vây tròn 22 và một lò phản ứng khác được làm mát bằng đối lưu tự nhiên.Họ tuyên bố rằng sự hiện diện của áo làm mát làm giảm đáng kể nhiệt độ của MH, do đó làm tăng tốc độ hấp thụ.Các nghiên cứu số học về lò phản ứng MH bọc nước của Patil và Gopal17 đã chỉ ra rằng áp suất cung cấp hydro và nhiệt độ HTF là những thông số chính ảnh hưởng đến tốc độ hấp thụ và giải hấp hydro.
Tăng diện tích truyền nhiệt bằng cách bổ sung các cánh tản nhiệt và bộ trao đổi nhiệt được tích hợp trong MH là chìa khóa để cải thiện hiệu suất truyền nhiệt và khối cũng như hiệu suất lưu trữ của MH18.Một số cấu hình bộ trao đổi nhiệt bên trong (ống thẳng và cuộn xoắn ốc) đã được thiết kế để tuần hoàn chất làm mát trong lò phản ứng MH19,20,21,22,23,24,25,26.Sử dụng bộ trao đổi nhiệt bên trong, chất lỏng làm mát hoặc sưởi ấm sẽ truyền nhiệt cục bộ bên trong lò phản ứng MH trong quá trình hấp phụ hydro.Raju và Kumar [27] đã sử dụng một số ống thẳng làm bộ trao đổi nhiệt để cải thiện hiệu suất của MG.Kết quả của họ cho thấy thời gian hấp thụ giảm đi khi sử dụng ống thẳng làm bộ trao đổi nhiệt.Ngoài ra, việc sử dụng ống thẳng giúp rút ngắn thời gian giải hấp hydro28.Tốc độ dòng chất làm mát cao hơn làm tăng tốc độ nạp và xả hydro29.Tuy nhiên, việc tăng số lượng ống làm mát có tác động tích cực đến hiệu suất MH hơn là tốc độ dòng chất làm mát30,31.Raju và cộng sự.32 đã sử dụng LaMi4.7Al0.3 làm vật liệu MH để nghiên cứu hiệu suất của bộ trao đổi nhiệt nhiều ống trong lò phản ứng.Họ báo cáo rằng các thông số vận hành có ảnh hưởng đáng kể đến quá trình hấp thụ, đặc biệt là áp suất cấp liệu và sau đó là tốc độ dòng chảy của HTF.Tuy nhiên, nhiệt độ hấp thụ hóa ra lại ít quan trọng hơn.
Hiệu suất của lò phản ứng MH được cải thiện hơn nữa nhờ sử dụng bộ trao đổi nhiệt dạng cuộn xoắn ốc do khả năng truyền nhiệt được cải thiện so với các ống thẳng.Điều này là do chu trình thứ cấp có thể loại bỏ nhiệt tốt hơn khỏi lò phản ứng25.Ngoài ra, các ống xoắn ốc cung cấp diện tích bề mặt lớn để truyền nhiệt từ lớp MH sang chất làm mát.Khi phương pháp này được đưa vào bên trong lò phản ứng, sự phân bố của các ống trao đổi nhiệt cũng đồng đều hơn33.Vương và cộng sự.34 đã nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian hấp thụ hydro bằng cách thêm một cuộn dây xoắn ốc vào lò phản ứng MH.Kết quả của họ cho thấy khi hệ số truyền nhiệt của chất làm mát tăng thì thời gian hấp thụ giảm.Wu và cộng sự.25 đã nghiên cứu hiệu suất của lò phản ứng MH dựa trên Mg2Ni và bộ trao đổi nhiệt cuộn dây.Các nghiên cứu bằng số của họ đã cho thấy thời gian phản ứng giảm đi.Sự cải thiện cơ chế truyền nhiệt trong lò phản ứng MN dựa trên tỷ lệ bước vít trên bước vít nhỏ hơn và bước vít không thứ nguyên.Một nghiên cứu thực nghiệm của Mellouli và cộng sự21 sử dụng cuộn dây cuộn làm bộ trao đổi nhiệt bên trong cho thấy nhiệt độ khởi động HTF có tác động đáng kể đến việc cải thiện thời gian hấp thụ và giải hấp hydro.Sự kết hợp của các bộ trao đổi nhiệt bên trong khác nhau đã được thực hiện trong một số nghiên cứu.Eisapur và cộng sự.35 đã nghiên cứu việc lưu trữ hydro bằng cách sử dụng bộ trao đổi nhiệt dạng cuộn xoắn ốc có ống hồi lưu trung tâm để cải thiện quá trình hấp thụ hydro.Kết quả của họ cho thấy ống xoắn ốc và ống hồi lưu trung tâm cải thiện đáng kể sự truyền nhiệt giữa chất làm mát và MG.Bước nhỏ hơn và đường kính lớn hơn của ống xoắn ốc làm tăng tốc độ truyền nhiệt và truyền khối.Ardahaie và cộng sự.36 đã sử dụng các ống xoắn ốc phẳng làm bộ trao đổi nhiệt để cải thiện khả năng truyền nhiệt trong lò phản ứng.Họ báo cáo rằng thời gian hấp thụ đã giảm đi bằng cách tăng số lượng mặt phẳng ống xoắn ốc dẹt.Sự kết hợp của các bộ trao đổi nhiệt bên trong khác nhau đã được thực hiện trong một số nghiên cứu.Dhau và cộng sự.37 đã cải thiện hiệu suất của MH bằng cách sử dụng bộ trao đổi nhiệt cuộn dây và cánh tản nhiệt.Kết quả của họ cho thấy phương pháp này giúp giảm thời gian nạp hydro xuống hệ số 2 so với trường hợp không có vây.Các cánh tản nhiệt hình khuyên được kết hợp với các ống làm mát và được tích hợp vào lò phản ứng MN.Kết quả của nghiên cứu này cho thấy phương pháp kết hợp này mang lại khả năng truyền nhiệt đồng đều hơn so với lò phản ứng MH không có vây.Tuy nhiên, việc kết hợp các bộ trao đổi nhiệt khác nhau sẽ ảnh hưởng tiêu cực đến trọng lượng và thể tích của lò phản ứng MH.Wu và cộng sự18 so sánh các cấu hình trao đổi nhiệt khác nhau.Chúng bao gồm các ống thẳng, vây và cuộn xoắn ốc.Các tác giả báo cáo rằng cuộn dây xoắn ốc mang lại những cải tiến tốt nhất về truyền nhiệt và khối lượng.Ngoài ra, so với ống thẳng, ống cuộn và ống thẳng kết hợp ống cuộn, ống cuộn đôi có tác dụng cải thiện khả năng truyền nhiệt tốt hơn.Một nghiên cứu của Sekhar et al.40 cho thấy sự cải thiện tương tự về khả năng hấp thụ hydro đã đạt được bằng cách sử dụng cuộn dây xoắn ốc làm bộ trao đổi nhiệt bên trong và vỏ làm mát bên ngoài có vây.
Trong số các ví dụ được đề cập ở trên, việc sử dụng cuộn dây xoắn ốc làm bộ trao đổi nhiệt bên trong mang lại sự cải thiện về truyền nhiệt và khối lượng tốt hơn so với các bộ trao đổi nhiệt khác, đặc biệt là ống và cánh tản nhiệt thẳng.Vì vậy, mục đích của nghiên cứu này là phát triển hơn nữa cuộn dây xoắn ốc để cải thiện hiệu suất truyền nhiệt.Lần đầu tiên, một cuộn dây bán trụ mới được phát triển dựa trên cuộn dây xoắn ốc lưu trữ MH thông thường.Nghiên cứu này dự kiến sẽ cải thiện hiệu suất lưu trữ hydro bằng cách xem xét thiết kế bộ trao đổi nhiệt mới với cách bố trí vùng truyền nhiệt tốt hơn được cung cấp bởi khối lượng lớp MH và ống HTF không đổi.Hiệu suất lưu trữ của bộ trao đổi nhiệt mới này sau đó được so sánh với các bộ trao đổi nhiệt cuộn dây xoắn ốc thông thường dựa trên các bước cuộn dây khác nhau.Theo tài liệu hiện có, điều kiện vận hành và khoảng cách giữa các cuộn dây là những yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu suất của lò phản ứng MH.Để tối ưu hóa thiết kế của bộ trao đổi nhiệt mới này, ảnh hưởng của khoảng cách cuộn dây đến thời gian hấp thụ hydro và thể tích MH đã được nghiên cứu.Ngoài ra, để hiểu được mối quan hệ giữa cuộn dây hình trụ mới và các điều kiện vận hành, mục tiêu phụ của nghiên cứu này là nghiên cứu các đặc tính của lò phản ứng theo các dải thông số vận hành khác nhau và xác định các giá trị phù hợp cho từng hoạt động. cách thức.tham số.
Hiệu suất của thiết bị lưu trữ năng lượng hydro trong nghiên cứu này được nghiên cứu dựa trên hai cấu hình trao đổi nhiệt (bao gồm ống xoắn ốc trong trường hợp 1 đến 3 và ống bán trụ trong trường hợp 4 đến 6) và phân tích độ nhạy của các thông số vận hành.Khả năng hoạt động của lò phản ứng MH lần đầu tiên được thử nghiệm bằng cách sử dụng ống xoắn ốc làm bộ trao đổi nhiệt.Cả ống dẫn dầu làm mát và bình lò phản ứng MH đều được làm bằng thép không gỉ.Cần lưu ý rằng kích thước của lò phản ứng MG và đường kính của ống GTF là không đổi trong mọi trường hợp, trong khi kích thước bước của GTF lại khác nhau.Phần này phân tích ảnh hưởng của kích thước bước của cuộn dây HTF.Chiều cao và đường kính ngoài của lò phản ứng lần lượt là 110 mm và 156 mm.Đường kính của ống dẫn dầu dẫn nhiệt được đặt ở mức 6mm.Xem Phần bổ sung để biết chi tiết về sơ đồ mạch lò phản ứng MH với các ống xoắn ốc và hai ống bán hình trụ.
Trên hình.Hình 1a thể hiện lò phản ứng ống xoắn ốc MH và kích thước của nó.Tất cả các thông số hình học được đưa ra trong bảng.1. Tổng thể tích của chuỗi xoắn và thể tích của ZG lần lượt là khoảng 100 cm3 và 2000 cm3.Từ lò phản ứng MH này, không khí ở dạng HTF được đưa vào lò phản ứng MH xốp từ bên dưới thông qua một ống xoắn ốc và hydro được đưa vào từ bề mặt trên của lò phản ứng.
Đặc tính của hình học được lựa chọn cho lò phản ứng hydrua kim loại.a) với bộ trao đổi nhiệt dạng ống xoắn ốc, b) với bộ trao đổi nhiệt dạng ống bán trụ.
Phần thứ hai xem xét hoạt động của lò phản ứng MH dựa trên ống bán trụ đóng vai trò là bộ trao đổi nhiệt.Trên hình.Hình 1b thể hiện lò phản ứng MN với hai ống bán trụ và kích thước của chúng.Bảng 1 liệt kê tất cả các thông số hình học của ống bán trụ, không đổi, ngoại trừ khoảng cách giữa chúng.Cần lưu ý rằng ống bán trụ trong Trường hợp 4 được thiết kế với thể tích ống HTF và hợp kim MH không đổi trong ống cuộn (phương án 3).Đối với hình.Như được hiển thị trong Hình 1b, không khí cũng được đưa vào từ đáy của hai ống HTF bán trụ và hydro được đưa vào từ hướng ngược lại của lò phản ứng MH.
Do thiết kế mới của bộ trao đổi nhiệt nên mục đích của phần này là xác định các giá trị ban đầu phù hợp cho các thông số vận hành của lò phản ứng MH kết hợp với SCHE.Trong mọi trường hợp, không khí được sử dụng làm chất làm mát để loại bỏ nhiệt khỏi lò phản ứng.Trong số các loại dầu truyền nhiệt, không khí và nước thường được chọn làm dầu truyền nhiệt cho lò phản ứng MH do chi phí thấp và tác động môi trường thấp.Do phạm vi nhiệt độ hoạt động cao của hợp kim gốc magie nên không khí được chọn làm chất làm mát trong nghiên cứu này.Ngoài ra, nó còn có đặc tính dòng chảy tốt hơn các kim loại lỏng và muối nóng chảy khác41.Bảng 2 liệt kê các đặc tính của không khí ở 573 K. Để phân tích độ nhạy trong phần này, chỉ áp dụng cấu hình tốt nhất của các tùy chọn hiệu suất MH-SCHE (trong trường hợp 4 đến 6).Các ước tính trong phần này dựa trên các thông số vận hành khác nhau, bao gồm nhiệt độ ban đầu của lò phản ứng MH, áp suất nạp hydro, nhiệt độ đầu vào HTF và số Reynolds được tính bằng cách thay đổi tốc độ HTF.Bảng 3 chứa tất cả các thông số vận hành được sử dụng để phân tích độ nhạy.
Phần này mô tả tất cả các phương trình điều khiển cần thiết cho quá trình hấp thụ hydro, chuyển động rối và truyền nhiệt của chất làm mát.
Để đơn giản hóa việc giải phản ứng hấp thụ hydro, các giả định sau được đưa ra và đưa ra;
Trong quá trình hấp thụ, tính chất vật lý nhiệt của hydro và hydrua kim loại không đổi.
Hydro được coi là khí lý tưởng nên các điều kiện cân bằng nhiệt cục bộ43,44 đều được tính đến.
trong đó \({L} _{gas}\) là bán kính của bể và \({L} _{nhiệt}\) là chiều cao trục của bể.Khi N nhỏ hơn 0,0146, dòng hydro trong bể có thể được bỏ qua trong mô phỏng mà không có sai số đáng kể.Theo nghiên cứu hiện nay, N thấp hơn nhiều so với 0,1.Do đó, hiệu ứng gradient áp suất có thể bị bỏ qua.
Các bức tường của lò phản ứng được cách nhiệt tốt trong mọi trường hợp.Vì vậy, không có sự trao đổi nhiệt47 giữa lò phản ứng và môi trường.
Người ta biết rằng hợp kim gốc Mg có đặc tính hydro hóa tốt và khả năng lưu trữ hydro cao lên tới 7,6 wt%8.Xét về các ứng dụng lưu trữ hydro ở trạng thái rắn, những hợp kim này còn được gọi là vật liệu nhẹ.Ngoài ra, chúng có khả năng chịu nhiệt tuyệt vời và khả năng xử lý tốt8.Trong số một số hợp kim dựa trên Mg, hợp kim MgNi dựa trên Mg2Ni là một trong những lựa chọn phù hợp nhất để lưu trữ MH do khả năng lưu trữ hydro lên tới 6% trọng lượng.Hợp kim Mg2Ni cũng cung cấp động học hấp phụ và giải hấp nhanh hơn so với hợp kim MgH48.Vì vậy, Mg2Ni được chọn làm vật liệu hydrua kim loại trong nghiên cứu này.
Phương trình năng lượng được biểu thị bằng 25 dựa trên cân bằng nhiệt giữa hydro và Mg2Ni hydrua:
X là lượng hydro bị hấp thụ trên bề mặt kim loại, đơn vị là \(trọng lượng\%\), được tính từ phương trình động học \(\frac{dX}{dt}\) trong quá trình hấp thụ như sau49:
trong đó \({C} _{a}\) là tốc độ phản ứng và \({E} _{a}\) là năng lượng kích hoạt.\({P} _{a,eq}\) là áp suất cân bằng bên trong lò phản ứng hydrua kim loại trong quá trình hấp thụ, được tính theo phương trình van't Hoff như sau25:
Trong đó \({P} _{ref}\) là áp suất tham chiếu 0,1 MPa.\(\Delta H\) và \(\Delta S\) lần lượt là entanpy và entropy của phản ứng.Tính chất của hợp kim Mg2Ni và hydro được trình bày trong bảng.4. Danh sách có tên có thể được tìm thấy trong phần bổ sung.
Dòng chất lỏng được coi là rối vì vận tốc của nó và số Reynolds (Re) lần lượt là 78,75 ms-1 và 14000.Trong nghiên cứu này, một mô hình nhiễu loạn k-ε có thể đạt được đã được chọn.Cần lưu ý rằng phương pháp này cho độ chính xác cao hơn so với các phương pháp k-ε khác và cũng yêu cầu thời gian tính toán ít hơn so với phương pháp RNG k-ε50,51.Xem Phần bổ sung để biết chi tiết về các phương trình cơ bản của chất lỏng truyền nhiệt.
Ban đầu, chế độ nhiệt độ trong lò phản ứng MN là đồng đều và nồng độ hydro trung bình là 0,043.Người ta cho rằng ranh giới bên ngoài của lò phản ứng MH được cách nhiệt tốt.Hợp kim gốc magie thường yêu cầu nhiệt độ vận hành phản ứng cao để lưu trữ và giải phóng hydro trong lò phản ứng.Hợp kim Mg2Ni yêu cầu khoảng nhiệt độ 523–603 K để hấp thụ tối đa và khoảng nhiệt độ 573–603 K để giải hấp hoàn toàn52.Tuy nhiên, nghiên cứu thực nghiệm của Muthukumar và cộng sự53 cho thấy khả năng lưu trữ tối đa của Mg2Ni để lưu trữ hydro có thể đạt được ở nhiệt độ vận hành 573 K, tương ứng với công suất lý thuyết của nó.Vì vậy, nhiệt độ 573 K được chọn làm nhiệt độ ban đầu của lò phản ứng MN trong nghiên cứu này.
Tạo các kích thước lưới khác nhau để xác thực và có kết quả đáng tin cậy.Trên hình.Hình 2 thể hiện nhiệt độ trung bình tại các vị trí được chọn trong quá trình hấp thụ hydro từ bốn nguyên tố khác nhau.Điều đáng chú ý là chỉ một trường hợp của mỗi cấu hình được chọn để kiểm tra tính độc lập của lưới do hình dạng tương tự nhau.Phương pháp chia lưới tương tự được áp dụng trong các trường hợp khác.Do đó, chọn phương án 1 cho ống xoắn ốc và phương án 4 cho ống bán trụ.Trên hình.Hình 2a, b lần lượt thể hiện nhiệt độ trung bình trong lò phản ứng đối với phương án 1 và 4.Ba vị trí được chọn biểu thị đường viền nhiệt độ lớp ở phía trên, giữa và dưới cùng của lò phản ứng.Dựa trên đường viền nhiệt độ tại các vị trí đã chọn, nhiệt độ trung bình trở nên ổn định và ít thay đổi về số nguyên tố 428.891 và 430.599 tương ứng cho trường hợp 1 và 4.Do đó, các kích thước lưới này đã được chọn để tính toán tính toán tiếp theo.Thông tin chi tiết về nhiệt độ lớp trung bình của quá trình hấp thụ hydro đối với các kích thước tế bào khác nhau và các mắt lưới được tinh chế liên tiếp cho cả hai trường hợp được đưa ra trong phần bổ sung.
Nhiệt độ lớp trung bình tại các điểm được chọn trong quá trình hấp thụ hydro trong lò phản ứng hydrua kim loại với các số lưới khác nhau.(a) Nhiệt độ trung bình tại các vị trí được chọn cho trường hợp 1 và (b) Nhiệt độ trung bình tại các vị trí được chọn cho trường hợp 4.
Lò phản ứng hydrua kim loại dựa trên Mg trong nghiên cứu này đã được thử nghiệm dựa trên kết quả thực nghiệm của Muthukumar et al.53.Trong nghiên cứu của mình, họ đã sử dụng hợp kim Mg2Ni để lưu trữ hydro trong các ống thép không gỉ.Vây đồng được sử dụng để cải thiện khả năng truyền nhiệt bên trong lò phản ứng.Trên hình.Hình 3a thể hiện sự so sánh nhiệt độ trung bình của nền quá trình hấp thụ giữa nghiên cứu thực nghiệm và nghiên cứu này.Các điều kiện vận hành được chọn cho thí nghiệm này là: Nhiệt độ ban đầu MG 573 K và áp suất đầu vào 2 MPa.Từ hình.Như được hiển thị trong Hình 3a, có thể thấy rõ rằng kết quả thí nghiệm này phù hợp tốt với kết quả hiện tại về nhiệt độ trung bình của lớp.
Xác minh mô hình.(a) Xác minh mã của lò phản ứng hydrua kim loại Mg2Ni bằng cách so sánh nghiên cứu hiện tại với nghiên cứu thực nghiệm của Muthukumar và cộng sự52, và (b) xác minh mô hình dòng chảy rối ống xoắn ốc bằng cách so sánh nghiên cứu hiện tại với nghiên cứu của Kumar và cộng sự .Nghiên cứu.54.
Để kiểm tra mô hình nhiễu loạn, kết quả của nghiên cứu này được so sánh với kết quả thực nghiệm của Kumar và cộng sự54 để khẳng định tính đúng đắn của mô hình nhiễu loạn đã chọn.Kumar và cộng sự54 đã nghiên cứu dòng chảy rối trong bộ trao đổi nhiệt dạng ống trong ống xoắn ốc.Nước được sử dụng làm chất lỏng nóng và lạnh được bơm từ hai phía đối diện nhau.Nhiệt độ chất lỏng nóng và lạnh lần lượt là 323 K và 300 K.Số Reynolds dao động từ 3100 đến 5700 đối với chất lỏng nóng và từ 21.000 đến 35.000 đối với chất lỏng lạnh.Số Dean là 550-1000 đối với chất lỏng nóng và 3600-6000 đối với chất lỏng lạnh.Đường kính của ống bên trong (đối với chất lỏng nóng) và ống ngoài (đối với chất lỏng lạnh) lần lượt là 0,0254 m và 0,0508 m.Đường kính và bước của cuộn xoắn ốc lần lượt là 0,762 m và 0,100 m.Trên hình.3b thể hiện sự so sánh giữa kết quả thực nghiệm và kết quả hiện tại đối với các cặp số Nusselt và Dean khác nhau đối với chất làm mát trong ống trong.Ba mô hình nhiễu loạn khác nhau đã được thực hiện và so sánh với kết quả thực nghiệm.Như thể hiện trong hình.Như được hiển thị trong Hình 3b, kết quả của mô hình nhiễu loạn k-ε có thể đạt được rất phù hợp với dữ liệu thực nghiệm.Vì vậy, mô hình này được chọn trong nghiên cứu này.
Mô phỏng số trong nghiên cứu này được thực hiện bằng ANSYS Fluent 2020 R2.Viết Hàm do người dùng xác định (UDF) và sử dụng nó làm số hạng đầu vào của phương trình năng lượng để tính động học của quá trình hấp thụ.Mạch PRESTO55 và phương pháp PISO56 được sử dụng để truyền thông áp suất-vận tốc và hiệu chỉnh áp suất.Chọn cơ sở ô Greene-Gauss cho độ dốc thay đổi.Các phương trình động lượng và năng lượng được giải bằng phương pháp hướng gió bậc hai.Liên quan đến các hệ số dưới độ giãn, các thành phần áp suất, vận tốc và năng lượng được đặt tương ứng là 0,5, 0,7 và 0,7.Các chức năng tường tiêu chuẩn được áp dụng cho HTF trong mô hình nhiễu loạn.
Phần này trình bày kết quả mô phỏng bằng số về quá trình truyền nhiệt bên trong được cải thiện của lò phản ứng MH sử dụng bộ trao đổi nhiệt dạng cuộn dây (HCHE) và bộ trao đổi nhiệt dạng cuộn xoắn ốc (SCHE) trong quá trình hấp thụ hydro.Ảnh hưởng của cường độ HTF đến nhiệt độ của lớp phản ứng và thời gian hấp thụ đã được phân tích.Các thông số vận hành chính của quá trình hấp thụ được nghiên cứu và trình bày trong phần phân tích độ nhạy.
Để nghiên cứu ảnh hưởng của khoảng cách cuộn dây đến quá trình truyền nhiệt trong lò phản ứng MH, ba cấu hình bộ trao đổi nhiệt với các bước khác nhau đã được nghiên cứu.Ba bước khác nhau 15mm, 12,86mm và 10 mm lần lượt được chỉ định là thân 1, thân 2 và thân 3.Cần lưu ý rằng đường kính ống được cố định ở mức 6 mm ở nhiệt độ ban đầu là 573 K và áp suất tải là 1,8 MPa trong mọi trường hợp.Trên hình.4 cho thấy nhiệt độ lớp trung bình và nồng độ hydro trong lớp MH trong quá trình hấp thụ hydro trong các trường hợp từ 1 đến 3. Thông thường, phản ứng giữa hydrua kim loại và hydro tỏa nhiệt trong quá trình hấp thụ.Do đó, nhiệt độ của lớp tăng lên nhanh chóng do thời điểm ban đầu khi hydro được đưa vào lò phản ứng lần đầu tiên.Nhiệt độ giường tăng cho đến khi đạt giá trị tối đa và sau đó giảm dần khi nhiệt được chất làm mát mang đi, chất này có nhiệt độ thấp hơn và hoạt động như chất làm mát.Như thể hiện trong hình.Như hình 4a, do giải thích trước đó nên nhiệt độ của lớp tăng nhanh và giảm liên tục.Nồng độ hydro cho quá trình hấp thụ thường dựa trên nhiệt độ lớp đệm của lò phản ứng MH.Khi nhiệt độ trung bình của lớp giảm xuống một nhiệt độ nhất định, bề mặt kim loại sẽ hấp thụ hydro.Điều này là do sự tăng tốc của các quá trình hấp phụ vật lý, hấp phụ hóa học, khuếch tán hydro và sự hình thành hydrua của nó trong lò phản ứng.Từ hình.Như hình 4b có thể thấy tốc độ hấp thụ hydro ở trường hợp 3 thấp hơn so với các trường hợp khác do giá trị bước của bộ trao đổi nhiệt dạng cuộn nhỏ hơn.Điều này dẫn đến chiều dài ống tổng thể dài hơn và diện tích truyền nhiệt lớn hơn cho ống HTF.Với nồng độ hydro trung bình là 90%, thời gian hấp thụ của Trường hợp 1 là 46,276 giây.So với thời gian hấp thụ ở trường hợp 1, thời gian hấp thụ ở trường hợp 2 và 3 giảm lần lượt là 724 giây và 1263 giây.Phần bổ sung trình bày các đường viền nhiệt độ và nồng độ hydro cho các vị trí được chọn trong lớp HCHE-MH.
Ảnh hưởng của khoảng cách giữa các cuộn dây đến nhiệt độ trung bình của lớp và nồng độ hydro.(a) Nhiệt độ lớp trung bình cho cuộn dây xoắn ốc, (b) nồng độ hydro cho cuộn dây xoắn ốc, (c) nhiệt độ lớp trung bình cho cuộn dây hình trụ và (d) nồng độ hydro cho cuộn dây hình trụ.
Để cải thiện đặc tính truyền nhiệt của lò phản ứng MG, hai HFC được thiết kế cho thể tích không đổi của MG (2000 cm3) và bộ trao đổi nhiệt xoắn ốc (100 cm3) của Phương án 3. Phần này cũng xem xét ảnh hưởng của khoảng cách giữa cuộn dây 15 mm cho trường hợp 4, 12,86 mm cho trường hợp 5 và 10 mm cho trường hợp 6. Trong hình.Hình 4c,d thể hiện nhiệt độ lớp và nồng độ trung bình của quá trình hấp thụ hydro ở nhiệt độ ban đầu là 573 K và áp suất tải là 1,8 MPa.Theo nhiệt độ trung bình của lớp trong Hình 4c, khoảng cách nhỏ hơn giữa các cuộn dây trong trường hợp 6 làm giảm nhiệt độ đáng kể so với hai trường hợp còn lại.Đối với trường hợp 6, nhiệt độ lớp thấp hơn dẫn đến nồng độ hydro cao hơn (xem hình 4d).Thời gian hấp thụ hydro của Biến thể 4 là 19542 giây, thấp hơn hơn 2 lần so với Biến thể 1-3 sử dụng HCH.Ngoài ra, so với trường hợp 4, thời gian hấp thụ cũng giảm 378 giây và 1515 giây ở trường hợp 5 và 6 với khoảng cách thấp hơn.Phần bổ sung trình bày các đường viền nhiệt độ và nồng độ hydro cho các vị trí được chọn trong lớp SCHE-MH.
Để nghiên cứu hiệu suất của hai cấu hình bộ trao đổi nhiệt, phần này vẽ đồ thị và trình bày các đường cong nhiệt độ tại ba vị trí đã chọn.Lò phản ứng MH với HCHE từ trường hợp 3 được chọn để so sánh với lò phản ứng MH chứa SCHE trong trường hợp 4 vì nó có thể tích MH và thể tích ống không đổi.Các điều kiện vận hành để so sánh này là nhiệt độ ban đầu là 573 K và áp suất tải là 1,8 MPa.Trên hình.5a và 5b lần lượt hiển thị cả ba vị trí đã chọn của cấu hình nhiệt độ trong trường hợp 3 và 4.Trên hình.Hình 5c hiển thị biểu đồ nhiệt độ và nồng độ lớp sau 20.000 giây hấp thụ hydro.Theo dòng 1 trong Hình 5c, nhiệt độ xung quanh TTF từ phương án 3 và 4 giảm do sự truyền nhiệt đối lưu của chất làm mát.Điều này dẫn đến nồng độ hydro cao hơn xung quanh khu vực này.Tuy nhiên, việc sử dụng hai SCHE mang lại nồng độ lớp cao hơn.Phản ứng động học nhanh hơn đã được tìm thấy xung quanh vùng HTF trong trường hợp 4. Ngoài ra, nồng độ tối đa 100% cũng được tìm thấy ở vùng này.Từ tuyến 2 nằm ở giữa lò phản ứng, nhiệt độ của trường hợp 4 thấp hơn đáng kể so với nhiệt độ của trường hợp 3 ở tất cả các nơi ngoại trừ trung tâm của lò phản ứng.Điều này dẫn đến nồng độ hydro tối đa cho trường hợp 4 ngoại trừ khu vực gần tâm lò phản ứng cách xa HTF.Tuy nhiên, nồng độ của trường hợp 3 không thay đổi nhiều.Sự khác biệt lớn về nhiệt độ và nồng độ của lớp được quan sát thấy ở dòng 3 gần lối vào GTS.Nhiệt độ của lớp ở trường hợp 4 giảm đáng kể, dẫn đến nồng độ hydro cao nhất ở vùng này, trong khi đường nồng độ ở trường hợp 3 vẫn dao động.Điều này là do sự tăng tốc truyền nhiệt SCHE.Chi tiết và thảo luận về việc so sánh nhiệt độ trung bình của lớp MH và ống HTF giữa trường hợp 3 và trường hợp 4 được cung cấp trong phần bổ sung.
Đặc tính nhiệt độ và nồng độ lớp tại các vị trí được chọn trong lò phản ứng hydrua kim loại.(a) Các vị trí được chọn cho trường hợp 3, (b) Các vị trí được chọn cho trường hợp 4 và (c) Cấu hình nhiệt độ và nồng độ lớp tại các vị trí đã chọn sau 20.000 giây cho quá trình hấp thụ hydro trong trường hợp 3 và 4.
Trên hình.Hình 6 cho thấy sự so sánh giữa nhiệt độ lớp trung bình (xem Hình 6a) và nồng độ hydro (xem Hình 6b) đối với sự hấp thụ HCH và SHE.Từ hình này có thể thấy rằng nhiệt độ của lớp MG giảm đáng kể do diện tích trao đổi nhiệt tăng lên.Loại bỏ nhiều nhiệt hơn từ lò phản ứng dẫn đến tốc độ hấp thụ hydro cao hơn.Mặc dù hai cấu hình bộ trao đổi nhiệt có cùng thể tích so với việc sử dụng HCHE như Phương án 3, thời gian hấp thụ hydro của SCHE dựa trên Phương án 4 đã giảm đáng kể 59%.Để phân tích chi tiết hơn, nồng độ hydro cho hai cấu hình bộ trao đổi nhiệt được hiển thị dưới dạng chất cô lập trong Hình 7. Hình này cho thấy trong cả hai trường hợp, hydro bắt đầu được hấp thụ từ bên dưới xung quanh đầu vào HTF.Nồng độ cao hơn được tìm thấy ở vùng HTF, trong khi nồng độ thấp hơn được quan sát thấy ở trung tâm lò phản ứng MH do khoảng cách của nó với bộ trao đổi nhiệt.Sau 10.000 giây, nồng độ hydro trong trường hợp 4 cao hơn đáng kể so với trường hợp 3. Sau 20.000 giây, nồng độ hydro trung bình trong lò phản ứng đã tăng lên 90% ở trường hợp 4 so với 50% hydro trong trường hợp 3. Điều này có thể là do đến khả năng làm mát hiệu quả cao hơn khi kết hợp hai SCHE, dẫn đến nhiệt độ bên trong lớp MH thấp hơn.Do đó, áp suất cân bằng hơn rơi vào bên trong lớp MG, dẫn đến sự hấp thụ hydro nhanh hơn.
Trường hợp 3 và Trường hợp 4 So sánh nhiệt độ lớp trung bình và nồng độ hydro giữa hai cấu hình bộ trao đổi nhiệt.
So sánh nồng độ hydro sau 500, 2000, 5000, 10000 và 20000 giây sau khi bắt đầu quá trình hấp thụ hydro trong trường hợp 3 và trường hợp 4.
Bảng 5 tóm tắt thời gian hấp thụ hydro cho tất cả các trường hợp.Ngoài ra, bảng còn thể hiện thời gian hấp thụ hydro, biểu thị bằng phần trăm.Tỷ lệ phần trăm này được tính toán dựa trên thời gian hấp thụ của Trường hợp 1. Từ bảng này, thời gian hấp thụ của lò phản ứng MH sử dụng HCHE là khoảng 45.000 đến 46.000 giây và thời gian hấp thụ bao gồm SCHE là khoảng 18.000 đến 19.000 giây.So với Trường hợp 1, thời gian hấp thụ ở Trường hợp 2 và Trường hợp 3 chỉ giảm lần lượt 1,6% và 2,7%.Khi sử dụng SCHE thay vì HCHE, thời gian hấp thụ giảm đáng kể từ trường hợp 4 đến trường hợp 6, từ 58% xuống 61%.Rõ ràng là việc bổ sung SCHE vào lò phản ứng MH giúp cải thiện đáng kể quá trình hấp thụ hydro và hiệu suất của lò phản ứng MH.Mặc dù việc lắp đặt bộ trao đổi nhiệt bên trong lò phản ứng MH làm giảm khả năng lưu trữ nhưng công nghệ này mang lại sự cải thiện đáng kể về khả năng truyền nhiệt so với các công nghệ khác.Ngoài ra, việc giảm giá trị cao độ sẽ làm tăng âm lượng của SCHE, dẫn đến âm lượng của MH giảm.Trường hợp 6 có thể tích SCHE cao nhất thì dung lượng thể tích MH chỉ giảm 5% so với trường hợp 1 có thể tích HCHE thấp nhất.Ngoài ra, trong quá trình hấp thụ, trường hợp 6 cho thấy hiệu suất nhanh hơn và tốt hơn với thời gian hấp thụ giảm 61%.Vì vậy, trường hợp 6 đã được chọn để nghiên cứu sâu hơn trong phân tích độ nhạy.Cần lưu ý rằng thời gian hấp thụ hydro dài có liên quan đến bể chứa chứa thể tích MH khoảng 2000 cm3.
Các thông số vận hành trong quá trình phản ứng là yếu tố quan trọng ảnh hưởng tích cực hoặc tiêu cực đến hiệu suất của lò phản ứng MH trong điều kiện thực tế.Nghiên cứu này xem xét phân tích độ nhạy để xác định các thông số vận hành ban đầu thích hợp cho lò phản ứng MH kết hợp với SCHE và phần này khảo sát bốn thông số vận hành chính dựa trên cấu hình lò phản ứng tối ưu trong trường hợp 6. Kết quả cho tất cả các điều kiện vận hành được trình bày trong Hình 8.
Đồ thị nồng độ hydro trong các điều kiện vận hành khác nhau khi sử dụng bộ trao đổi nhiệt dạng cuộn dây bán trụ.(a) áp suất tải, (b) nhiệt độ lớp làm mát ban đầu, (c) số Reynolds của chất làm mát và (d) nhiệt độ đầu vào của chất làm mát.
Dựa trên nhiệt độ ban đầu không đổi là 573 K và tốc độ dòng chất làm mát với số Reynolds là 14.000, bốn áp suất tải khác nhau đã được chọn: 1,2 MPa, 1,8 MPa, 2,4 MPa và 3,0 MPa.Trên hình.Hình 8a cho thấy ảnh hưởng của áp suất tải và SCHE đến nồng độ hydro theo thời gian.Thời gian hấp thụ giảm khi áp suất tải tăng.Sử dụng áp suất hydro 1,2 MPa là trường hợp xấu nhất đối với quá trình hấp thụ hydro và thời gian hấp thụ vượt quá 26.000 giây để đạt được mức hấp thụ hydro 90%.Tuy nhiên, áp suất tải cao hơn dẫn đến thời gian hấp thụ giảm 32-42% từ 1,8 xuống 3,0 MPa.Điều này là do áp suất ban đầu của hydro cao hơn, dẫn đến sự chênh lệch lớn hơn giữa áp suất cân bằng và áp suất tác dụng.Vì vậy, điều này tạo ra động lực lớn cho động học hấp thụ hydro.Tại thời điểm ban đầu, khí hydro được hấp thụ nhanh chóng do chênh lệch lớn giữa áp suất cân bằng và áp suất tác dụng57.Ở áp suất tải 3,0 MPa, 18% hydro tích tụ nhanh chóng trong 10 giây đầu tiên.Hydro được lưu trữ trong 90% lò phản ứng ở giai đoạn cuối trong 15460 giây.Tuy nhiên, ở áp suất tải từ 1,2 đến 1,8 MPa, thời gian hấp thụ giảm đáng kể 32%.Các áp suất cao hơn khác ít có tác dụng cải thiện thời gian hấp thụ.Do đó, áp suất tải của lò phản ứng MH-SCHE được khuyến nghị là 1,8 MPa.Phần bổ sung hiển thị đường viền nồng độ hydro cho các áp suất tải khác nhau ở 15500 s.
Việc lựa chọn nhiệt độ ban đầu thích hợp của lò phản ứng MH là một trong những yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ hydro, vì nó ảnh hưởng đến động lực của phản ứng hình thành hydrua.Để nghiên cứu ảnh hưởng của SCHE đến nhiệt độ ban đầu của lò phản ứng MH, bốn nhiệt độ khác nhau đã được chọn ở áp suất tải không đổi là 1,8 MPa và số Reynolds là 14.000 HTF.Trên hình.Hình 8b thể hiện sự so sánh các nhiệt độ ban đầu khác nhau, bao gồm 473K, 523K, 573K và 623K.Trên thực tế, khi nhiệt độ cao hơn 230°C hoặc 503K58, hợp kim Mg2Ni có đặc tính hữu hiệu cho quá trình hấp thụ hydro.Tuy nhiên, tại thời điểm đầu phun hydro, nhiệt độ tăng lên nhanh chóng.Do đó, nhiệt độ của lớp MG sẽ vượt quá 523 K. Do đó, sự hình thành hydrua được tạo điều kiện thuận lợi do tốc độ hấp thụ tăng lên53.Từ hình.Có thể thấy trong hình 8b rằng hydro được hấp thụ nhanh hơn khi nhiệt độ ban đầu của lớp MB giảm.Áp suất cân bằng thấp hơn xảy ra khi nhiệt độ ban đầu thấp hơn.Chênh lệch áp suất giữa áp suất cân bằng và áp suất tác dụng càng lớn thì quá trình hấp thụ hydro càng nhanh.Ở nhiệt độ ban đầu là 473 K, hydro được hấp thụ nhanh chóng tới 27% trong 18 giây đầu tiên.Ngoài ra, thời gian hấp thụ cũng giảm từ 11% xuống 24% ở nhiệt độ ban đầu thấp hơn so với nhiệt độ ban đầu là 623 K. Thời gian hấp thụ ở nhiệt độ ban đầu thấp nhất là 473 K là 15247 s, tương đương với nhiệt độ ban đầu tốt nhất. tuy nhiên, áp suất nạp trường hợp, nhiệt độ lò phản ứng nhiệt độ ban đầu giảm dẫn đến khả năng lưu trữ hydro giảm.Nhiệt độ ban đầu của lò phản ứng MN ít nhất phải là 503 K53.Ngoài ra, ở nhiệt độ ban đầu là 573 K53, có thể đạt được khả năng lưu trữ hydro tối đa là 3,6% trọng lượng.Xét về khả năng lưu trữ hydro và thời gian hấp thụ, nhiệt độ từ 523 đến 573 K rút ngắn thời gian chỉ 6%.Do đó, nhiệt độ 573 K được đề xuất làm nhiệt độ ban đầu của lò phản ứng MH-SCHE.Tuy nhiên, ảnh hưởng của nhiệt độ ban đầu đến quá trình hấp thụ ít đáng kể hơn so với áp suất tải.Phần bổ sung hiển thị đường nét của nồng độ hydro ở các nhiệt độ ban đầu khác nhau ở 15500 s.
Tốc độ dòng chảy là một trong những thông số chính của quá trình hydro hóa và khử hydro vì nó có thể ảnh hưởng đến sự nhiễu loạn và loại bỏ nhiệt hoặc đầu vào trong quá trình hydro hóa và khử hydro59.Tốc độ dòng chảy cao sẽ tạo ra các pha hỗn loạn và dẫn đến dòng chất lỏng chảy qua ống HTF nhanh hơn.Phản ứng này sẽ dẫn đến truyền nhiệt nhanh hơn.Vận tốc gia nhập khác nhau của HTF được tính toán dựa trên số Reynolds là 10.000, 14.000, 18.000 và 22.000.Nhiệt độ ban đầu của lớp MG được cố định ở mức 573 K và áp suất tải là 1,8 MPa.Các kết quả trong hình.8c chứng minh rằng việc sử dụng số Reynolds cao hơn kết hợp với SCHE sẽ mang lại tỷ lệ hấp thụ cao hơn.Khi số Reynolds tăng từ 10.000 lên 22.000 thì thời gian hấp thụ giảm khoảng 28-50%.Thời gian hấp thụ ở số Reynolds 22.000 là 12.505 giây, ít hơn ở các nhiệt độ và áp suất tải ban đầu khác nhau.Đường viền nồng độ hydro cho các số Reynold khác nhau cho GTP ở 12500 giây được trình bày trong phần bổ sung.
Ảnh hưởng của SCHE đến nhiệt độ ban đầu của HTF được phân tích và hiển thị trong Hình 8d.Ở nhiệt độ MG ban đầu là 573 K và áp suất nạp hydro là 1,8 MPa, bốn nhiệt độ ban đầu được chọn cho phân tích này: 373 K, 473 K, 523 K và 573 K. 8d cho thấy nhiệt độ của chất làm mát giảm ở đầu vào dẫn đến giảm thời gian hấp thụ.So với trường hợp cơ bản có nhiệt độ đầu vào là 573 K, thời gian hấp thụ giảm khoảng 20%, 44% và 56% đối với nhiệt độ đầu vào lần lượt là 523 K, 473 K và 373 K.Ở 6917 s, nhiệt độ ban đầu của GTF là 373 K, nồng độ hydro trong lò phản ứng là 90%.Điều này có thể được giải thích bằng cách tăng cường truyền nhiệt đối lưu giữa lớp MG và HCS.Nhiệt độ HTF thấp hơn sẽ làm tăng khả năng tản nhiệt và dẫn đến tăng hấp thu hydro.Trong số tất cả các thông số vận hành, cải thiện hiệu suất của lò phản ứng MH-SCHE bằng cách tăng nhiệt độ đầu vào HTF là phương pháp phù hợp nhất, vì thời gian kết thúc của quá trình hấp thụ dưới 7000 giây, trong khi thời gian hấp thụ ngắn nhất của các phương pháp khác là lâu hơn. hơn 10000s.Đường viền nồng độ hydro được trình bày cho các nhiệt độ ban đầu khác nhau của GTP trong 7000 giây.
Nghiên cứu này lần đầu tiên trình bày một thiết bị trao đổi nhiệt cuộn dây bán trụ mới được tích hợp vào bộ lưu trữ hydrua kim loại.Khả năng hấp thụ hydro của hệ thống đề xuất đã được nghiên cứu với các cấu hình khác nhau của bộ trao đổi nhiệt.Ảnh hưởng của các thông số vận hành đến quá trình trao đổi nhiệt giữa lớp hydrua kim loại và chất làm mát đã được nghiên cứu nhằm tìm ra điều kiện tối ưu để lưu trữ hydrua kim loại bằng thiết bị trao đổi nhiệt mới.Những phát hiện chính của nghiên cứu này được tóm tắt như sau:
Với bộ trao đổi nhiệt dạng cuộn bán trụ, hiệu suất truyền nhiệt được cải thiện do nó có sự phân bổ nhiệt đồng đều hơn trong lò phản ứng lớp magie, dẫn đến tốc độ hấp thụ hydro tốt hơn.Với điều kiện thể tích của ống trao đổi nhiệt và hydrua kim loại không thay đổi, thời gian phản ứng hấp thụ giảm đáng kể 59% so với thiết bị trao đổi nhiệt dạng cuộn dây thông thường.
Thời gian đăng: Jan-15-2023