Nature.com сайтаар зочилсонд баярлалаа.Та хязгаарлагдмал CSS дэмжлэгтэй хөтчийн хувилбарыг ашиглаж байна.Хамгийн сайн ашиглахын тулд бид танд шинэчилсэн хөтөч ашиглахыг зөвлөж байна (эсвэл Internet Explorer-д нийцтэй байдлын горимыг идэвхгүй болгох).Нэмж дурдахад, байнгын дэмжлэгийг хангахын тулд бид сайтыг хэв маяг, JavaScript-гүй харуулж байна.
Гурван слайдаас бүрдсэн тойргийг нэг дор харуулна.Өмнөх болон Дараагийн товчийг ашиглан гурван слайдыг нэг дор гүйлгэх, эсвэл төгсгөлд байрлах гулсагч товчлуурыг ашиглан гурван слайдыг нэг дор гүйлгэж болно.
Металл гидридүүд (MH) нь устөрөгчийн агуулах их багтаамж, үйл ажиллагааны даралт бага, аюулгүй байдлын өндөр зэргээс шалтгаалан устөрөгчийг хадгалах хамгийн тохиромжтой материалын бүлгүүдийн нэг гэж хүлээн зөвшөөрөгдсөн.Гэсэн хэдий ч тэдний устөрөгчийг шингээх кинетик нь удаан байдаг нь хадгалалтын гүйцэтгэлийг ихээхэн бууруулдаг.MH агуулахаас дулааныг хурдан зайлуулах нь устөрөгчийн шингээлтийн хэмжээг нэмэгдүүлэхэд чухал үүрэг гүйцэтгэж, хадгалалтын гүйцэтгэлийг сайжруулна.Үүнтэй холбогдуулан энэхүү судалгаа нь MH хадгалах системийн устөрөгчийн шингээлтийн хурдад эерэгээр нөлөөлөхийн тулд дулаан дамжуулах шинж чанарыг сайжруулахад чиглэгдсэн болно.Хагас цилиндр хэлбэрийн шинэ ороомгийг анх боловсруулж, устөрөгчийн хуримтлалд зориулж оновчтой болгож, дотоод дулаан солилцуур (HTF) болгон оруулсан.Янз бүрийн давирхайн хэмжээн дээр үндэслэн дулаан солилцуурын шинэ тохиргооны үр нөлөөг шинжилж, ердийн мушгиа ороомгийн геометртэй харьцуулна.Түүнчлэн, оновчтой утгыг олж авахын тулд MG болон GTP-ийн хадгалалтын үйл ажиллагааны параметрүүдийг тоон аргаар судалсан.Тоон симуляцийн хувьд ANSYS Fluent 2020 R2 ашигладаг.Энэхүү судалгааны үр дүн нь хагас цилиндр ороомог дулаан солилцуур (SCHE) ашиглан MH хадгалах савны гүйцэтгэлийг мэдэгдэхүйц сайжруулж болохыг харуулж байна.Ердийн спираль ороомогтой дулаан солилцогчтой харьцуулахад устөрөгчийн шингээлтийн үргэлжлэх хугацаа 59% -иар багасдаг.SCHE ороомгийн хоорондох хамгийн бага зай нь шингээх хугацааг 61% -иар бууруулсан.SHE ашиглан MG агуулахын үйл ажиллагааны параметрүүдийн хувьд сонгосон бүх параметрүүд нь устөрөгчийн шингээлтийн процесс, ялангуяа HTS-ийн оролтын температурыг мэдэгдэхүйц сайжруулахад хүргэдэг.
Дэлхий дахинд чулуужсан түлшинд суурилсан эрчим хүчнээс сэргээгдэх эрчим хүч рүү шилжиж байна.Сэргээгдэх эрчим хүчний олон хэлбэр нь эрчим хүчийг динамик байдлаар хангадаг тул ачааллыг тэнцвэржүүлэхийн тулд эрчим хүчийг хадгалах шаардлагатай.Устөрөгчид суурилсан эрчим хүчний хуримтлал нь энэ зорилгоор ихээхэн анхаарал татсан, ялангуяа устөрөгчийг өөрийн шинж чанар, зөөвөрлөх чадвараараа "ногоон" өөр түлш, эрчим хүчний тээвэрлэгч болгон ашиглаж болно.Нэмж дурдахад устөрөгч нь чулуужсан түлштэй харьцуулахад нэгж массын эрчим хүчний агууламж өндөртэй байдаг2.Устөрөгчийн эрчим хүчний хадгалалтын үндсэн дөрвөн төрөл байдаг: шахсан хий хадгалах, газар доорх агуулах, шингэн хадгалах, хатуу хадгалах.Шахсан устөрөгч нь автобус, өргөгч зэрэг түлшний эсийн тээврийн хэрэгсэлд ашиглагддаг гол төрөл юм.Гэсэн хэдий ч, энэ агуулах нь устөрөгчийн бага нягтралтай (ойролцоогоор 0.089 кг/м3) хангадаг бөгөөд ажлын өндөр даралттай холбоотой аюулгүй байдлын асуудалтай3.Орчны бага температур, даралттай хувиргах процесс дээр үндэслэн шингэн агуулах нь устөрөгчийг шингэн хэлбэрээр хадгалах болно.Гэхдээ шингэрүүлсэн үед энергийн 40 орчим хувь нь алдагддаг.Нэмж дурдахад энэ технологи нь хатуу төлөвт хадгалах технологитой харьцуулахад илүү их эрчим хүч, хөдөлмөр их шаарддаг гэдгийг мэддэг4.Хатуу агуулах нь устөрөгчийг шингээх замаар хатуу материалд оруулах, устөрөгчийг десорбцоор ялгаруулах замаар устөрөгчийг хуримтлуулдаг устөрөгчийн эдийн засгийн хувьд ашигтай хувилбар юм.Хатуу материал хадгалах технологи болох металл гидрид (MH) нь устөрөгчийн өндөр багтаамжтай, ажлын даралт багатай, шингэн хадгалахтай харьцуулахад бага өртөгтэй тул сүүлийн үед түлшний эсийн хэрэглээнд ихээхэн сонирхол татаж байгаа бөгөөд суурин болон хөдөлгөөнт төхөөрөмжид тохиромжтой6,7 онд Үүнээс гадна MH материалууд нь том хүчин чадлыг үр ашигтай хадгалах зэрэг аюулгүй байдлын шинж чанаруудыг өгдөг8.Гэсэн хэдий ч MG-ийн бүтээмжийг хязгаарладаг асуудал байдаг: MG реакторын бага дулаан дамжуулалт нь устөрөгчийг удаан шингээж, шингээхэд хүргэдэг.
Экзотермик болон эндотермик урвалын үед зөв дулаан дамжуулалт нь MH реакторын ажиллагааг сайжруулах түлхүүр юм.Устөрөгчийг ачаалах процессын хувьд устөрөгчийн ачааллын урсгалыг хүссэн хурдаар хадгалахын тулд хамгийн их хадгалах багтаамжтай байхын тулд үүссэн дулааныг реактороос зайлуулах шаардлагатай.Үүний оронд устөрөгчийн ялгарах хурдыг нэмэгдүүлэхийн тулд дулаан шаардагдана.Дулаан ба массын дамжуулалтын гүйцэтгэлийг сайжруулахын тулд олон судлаачид үйл ажиллагааны параметрүүд, MG бүтэц, MG11-ийн оновчлол зэрэг олон хүчин зүйлд тулгуурлан дизайн, оновчлолыг судалжээ.MG-ийн оновчлолыг MG давхаргууд 12,13 дээр хөөс металл зэрэг өндөр дулаан дамжилтын материалыг нэмж хийж болно.Тиймээс үр дүнтэй дулаан дамжуулалтыг 0.1-ээс 2 Вт / мК10 хүртэл нэмэгдүүлэх боломжтой.Гэсэн хэдий ч хатуу материал нэмэх нь MN реакторын хүчийг ихээхэн бууруулдаг.Ашиглалтын параметрүүдийн хувьд MG давхарга ба хөргөлтийн (HTF) анхны ашиглалтын нөхцлийг оновчтой болгох замаар сайжруулалтад хүрч болно.Реакторын геометр, дулаан солилцуурын дизайн зэргээс шалтгаалан MG-ийн бүтцийг оновчтой болгож болно.MH реакторын дулаан солилцуурын тохиргооны хувьд аргуудыг хоёр төрөлд хувааж болно.Эдгээр нь MO давхаргад суурилуулсан дотоод дулаан солилцогч ба сэрвээ, хөргөх хүрэм, усан ван зэрэг MO давхаргыг бүрхсэн гадаад дулаан солилцуур юм.Гаднах дулаан солилцуурын тухайд Каплан16 реакторын доторх температурыг бууруулахын тулд хөргөх усыг хүрэм болгон ашиглаж, MH реакторын үйл ажиллагаанд дүн шинжилгээ хийсэн.Үр дүнг 22 дугуй сэрвээтэй реактор болон байгалийн конвекцээр хөргөсөн өөр нэг реактортой харьцуулсан.Хөргөх хүрэм байгаа нь MH-ийн температурыг мэдэгдэхүйц бууруулж, улмаар шингээлтийн хурдыг нэмэгдүүлдэг гэж тэд мэдэгджээ.Патил, Гопал17 нарын усан бүрхүүлтэй MH реакторын тоон судалгаагаар устөрөгчийн хангамжийн даралт ба HTF температур нь устөрөгчийн шингээлт, шингээлтийн хурдад нөлөөлдөг гол үзүүлэлтүүд болохыг харуулсан.
MH-д суурилуулсан сэрвээ, дулаан солилцогчийг нэмж дулаан дамжуулах талбайг нэмэгдүүлэх нь дулаан, масс дамжуулах чадварыг сайжруулах, улмаар MH18-ийн хадгалах чадварыг сайжруулах түлхүүр юм.MH19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26 реактор дахь хөргөлтийн бодисыг эргэлдүүлэхийн тулд хэд хэдэн дотоод дулаан солилцуурын тохиргоог (шулуун хоолой ба спираль ороомог) зохион бүтээсэн.Дотоод дулаан солилцуур ашиглан хөргөх эсвэл халаах шингэн нь устөрөгчийг шингээх процессын явцад MH реактор дотор орон нутгийн дулааныг дамжуулна.Ражу, Кумар [27] MG-ийн ажиллагааг сайжруулахын тулд хэд хэдэн шулуун хоолойг дулаан солилцуур болгон ашигласан.Тэдний үр дүн нь шулуун хоолойг дулаан солилцогч болгон ашиглах үед шингээх хугацаа багассан болохыг харуулсан.Түүнчлэн шулуун хоолой ашиглах нь устөрөгчийг шингээх хугацааг богиносгодог28.Хөргөлтийн шингэний урсгалын хурд ихсэх нь устөрөгчийг цэнэглэх, цэнэглэх хурдыг нэмэгдүүлдэг29.Гэсэн хэдий ч хөргөлтийн хоолойн тоог нэмэгдүүлэх нь хөргөлтийн урсгалын хурдаас илүүтэйгээр MH-ийн гүйцэтгэлд эерэг нөлөө үзүүлдэг30,31.Raju et al.32 LaMi4.7Al0.3-ийг реакторын олон хоолойт дулаан солилцооны ажиллагааг судлахын тулд MH материал болгон ашигласан.Тэд үйл ажиллагааны параметрүүд нь шингээлтийн процесс, ялангуяа тэжээлийн даралт, дараа нь HTF-ийн урсгалын хурдад ихээхэн нөлөө үзүүлсэн гэж мэдээлсэн.Гэсэн хэдий ч шингээлтийн температур бага ач холбогдолтой болсон.
Шулуун хоолойтой харьцуулахад дулаан дамжуулалт сайжирсан тул спираль ороомог дулаан солилцогчийг ашигласнаар MH реакторын ажиллагааг улам сайжруулдаг.Учир нь хоёрдогч цикл нь реакторын дулааныг илүү сайн арилгаж чаддаг25.Үүнээс гадна, спираль хоолойнууд нь MH давхаргаас хөргөлтийн шингэн рүү дулаан дамжуулах том гадаргуугийн талбайг хангадаг.Энэ аргыг реактор дотор нэвтрүүлэхэд дулааны солилцооны хоолойн хуваарилалт мөн жигд байна33.Ван нар.34 нь MH реакторт спираль ороомог нэмж устөрөгчийн шингээлтийн үргэлжлэх хугацааны үр нөлөөг судалсан.Тэдний үр дүнгээс харахад хөргөлтийн дулаан дамжуулах коэффициент нэмэгдэх тусам шингээх хугацаа багасдаг.Ву нар.25 нь Mg2Ni дээр суурилсан MH реакторууд болон ороомог ороомгийн дулаан солилцууруудын гүйцэтгэлийг судалсан.Тэдний тоон судалгаагаар урвалын хугацаа багасч байгааг харуулсан.MN реакторын дулаан дамжуулах механизмын сайжруулалт нь шурагны давирхай ба хэмжээсгүй шурагны давирхайн харьцаа бага байх дээр суурилдаг.Mellouli нар 21-ийн хийсэн туршилтын судалгаагаар ороомог ороомгийг дотоод дулаан солилцуур болгон ашиглах нь HTF эхлэх температур нь устөрөгчийн шингээлт болон шингээлтийн хугацааг сайжруулахад чухал нөлөө үзүүлдэг болохыг харуулсан.Төрөл бүрийн дотоод дулаан солилцогчийг хослуулан хэд хэдэн судалгаанд хамруулсан.Эйсапур нар.35 устөрөгчийг шингээх процессыг сайжруулахын тулд төв буцах хоолой бүхий спираль ороомог дулаан солилцогч ашиглан устөрөгчийн хуримтлалыг судалсан.Тэдний үр дүнгээс харахад спираль хоолой ба төв буцах хоолой нь хөргөлтийн болон MG-ийн хоорондох дулаан дамжуулалтыг ихээхэн сайжруулдаг.Спираль хоолойн жижиг давирхай, том диаметр нь дулаан ба массын дамжуулалтын хурдыг нэмэгдүүлдэг.Ardahaie нар.36 реактор доторх дулаан дамжуулалтыг сайжруулахын тулд хавтгай спираль хоолойг дулаан солилцуур болгон ашигласан.Тэд хавтгайрсан спираль хоолойн онгоцны тоог нэмэгдүүлснээр шингээлтийн үргэлжлэх хугацаа багассан гэж мэдээлсэн.Төрөл бүрийн дотоод дулаан солилцогчийг хослуулан хэд хэдэн судалгаанд хамруулсан.Дау нар.37 ороомогтой дулаан солилцуур ба сэрвээ ашиглан MH-ийн гүйцэтгэлийг сайжруулсан.Тэдний үр дүнгээс харахад энэ арга нь сэрвээгүйтэй харьцуулахад устөрөгчөөр дүүргэх хугацааг 2 дахин багасгадаг.Цагираган сэрвээг хөргөх хоолойтой холбож, MN реакторт суурилуулсан.Энэхүү судалгааны үр дүнгээс харахад энэ хосолсон арга нь сэрвээгүй MH реактортой харьцуулахад илүү жигд дулаан дамжуулалтыг хангадаг.Гэсэн хэдий ч янз бүрийн дулаан солилцогчийг хослуулах нь MH реакторын жин ба эзэлхүүнд сөргөөр нөлөөлнө.Ву нар.18 өөр өөр дулаан солилцооны тохиргоог харьцуулсан.Үүнд шулуун хоолой, сэрвээ, спираль ороомог орно.Зохиогчид спираль ороомог нь дулаан, массын дамжуулалтыг хамгийн сайн сайжруулдаг гэж мэдээлж байна.Үүнээс гадна шулуун хоолой, ороомог хоолой, шулуун хоолойтой хосолсон хоолойтой харьцуулахад давхар ороомог нь дулаан дамжуулалтыг сайжруулахад илүү сайн нөлөө үзүүлдэг.Sekhar нар хийсэн судалгаа.40-аас үзэхэд устөрөгчийн шингээлт нь ижил төстэй сайжруулалтыг дотоод дулаан солилцуур болгон спираль ороомог болон сэрвээтэй гаднах хөргөлтийн хүрэм ашиглан хийсэн.
Дээр дурдсан жишээнүүдээс спираль ороомогуудыг дотоод дулаан солилцуур болгон ашиглах нь бусад дулаан солилцогч, ялангуяа шулуун хоолой, сэрвээтэй харьцуулахад илүү сайн дулаан, масс дамжуулалтыг сайжруулдаг.Тиймээс энэ судалгааны зорилго нь дулаан дамжуулах чадварыг сайжруулахын тулд спираль ороомгийг цаашид хөгжүүлэх явдал байв.Уламжлалт MH хадгалах мушгиа ороомог дээр суурилсан шинэ хагас цилиндр ороомог анх удаа бүтээгдсэн.Энэхүү судалгаа нь тогтмол эзэлхүүнтэй MH ор ба HTF хоолойнуудаар хангагдсан дулаан дамжуулах бүсийн илүү сайн зохион байгуулалттай дулаан солилцуурын шинэ загварыг авч үзэх замаар устөрөгчийн хадгалалтын гүйцэтгэлийг сайжруулах болно гэж үзэж байна.Дараа нь энэхүү шинэ дулаан солилцуурын хадгалах чадварыг янз бүрийн ороомгийн давирхай дээр суурилсан ердийн спираль ороомог дулаан солилцогчтой харьцуулсан.Одоо байгаа уран зохиолын дагуу үйл ажиллагааны нөхцөл ба ороомог хоорондын зай нь MH реакторын гүйцэтгэлд нөлөөлдөг гол хүчин зүйл юм.Энэхүү шинэ дулаан солилцуурын дизайныг оновчтой болгохын тулд ороомгийн хоорондын зай нь устөрөгчийн шингээлтийн хугацаа болон MH-ийн эзэлхүүнд үзүүлэх нөлөөг судалсан.Нэмж дурдахад шинэ хагас цилиндр ороомог ба ашиглалтын нөхцлийн хоорондын хамаарлыг ойлгохын тулд энэхүү судалгааны хоёрдогч зорилго нь реакторын шинж чанарыг янз бүрийн үйл ажиллагааны параметрийн мужид судалж, үйл ажиллагаа бүрт тохирох утгыг тодорхойлох явдал байв. горим.параметр.
Энэхүү судалгаанд устөрөгчийн эрчим хүч хадгалах төхөөрөмжийн гүйцэтгэлийг дулаан солилцуурын хоёр тохиргоонд (1-3-р тохиолдолд спираль хоолой, 4-6-р тохиолдолд хагас цилиндр хоолой орно) болон үйл ажиллагааны параметрүүдийн мэдрэмжийн шинжилгээнд үндэслэн судалсан болно.MH реакторын ажиллах чадварыг анх удаа спираль хоолойг дулаан солилцуур болгон ашиглаж туршсан.Хөргөлтийн тосны хоолой болон MH реакторын сав хоёулаа зэвэрдэггүй гангаар хийгдсэн.MG реакторын хэмжээс ба GTF хоолойн диаметр нь бүх тохиолдолд тогтмол байсан бол GTF-ийн алхамын хэмжээ харилцан адилгүй байсныг тэмдэглэх нь зүйтэй.Энэ хэсэг нь HTF ороомгийн давирхайн хэмжээсийн нөлөөнд дүн шинжилгээ хийдэг.Реакторын өндөр ба гадна диаметр нь 110 мм ба 156 мм байв.Дулаан дамжуулагч газрын тосны хоолойн диаметрийг 6 мм-ээр тогтоосон.Спираль хоолой ба хоёр хагас цилиндр хоолой бүхий MH реакторын хэлхээний диаграмын дэлгэрэнгүйг Нэмэлт хэсгээс үзнэ үү.
Зураг дээр.1а нь MH спираль хоолойн реактор ба түүний хэмжээсийг харуулав.Бүх геометрийн параметрүүдийг хүснэгтэд үзүүлэв.1. Мушгианы нийт эзэлхүүн ба ZG-ийн эзэлхүүн нь ойролцоогоор 100 см3 ба 2000 см3 байна.Энэхүү MH реактороос HTF хэлбэрийн агаарыг спираль хоолойгоор дамжуулан доороос сүвэрхэг MH реактор руу оруулж, реакторын дээд гадаргуугаас устөрөгчийг нэвтрүүлсэн.
Металл гидридын реакторын сонгосон геометрийн шинж чанар.a) спираль хоолойт дулаан солилцууртай, б) хагас цилиндр хоолойт дулаан солилцууртай.
Хоёрдахь хэсэг нь хагас цилиндр хоолой дээр суурилсан MH реакторын ажиллагааг дулаан солилцуур болгон авч үздэг.Зураг дээр.1b-т хоёр хагас цилиндр хоолой бүхий MN реактор, тэдгээрийн хэмжээсийг харуулав.1-р хүснэгтэд хагас цилиндр хоолойн бүх геометрийн параметрүүдийг жагсаасан бөгөөд тэдгээрийн хоорондох зайг эс тооцвол тогтмол хэвээр байна.Тохиолдол 4-ийн хагас цилиндр хоолой нь ороомог хоолойд HTF хоолой ба MH хайлшийн тогтмол эзэлхүүнтэй (сонголт 3) хийгдсэн гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй.Инжирийн хувьд.1b-д, мөн хоёр хагас цилиндр хэлбэртэй HTF хоолойн ёроолоос агаар, мөн MH реакторын эсрэг талаас устөрөгчийг нэвтрүүлсэн.
Дулаан солилцуурын шинэ загвараас шалтгаалан энэ хэсгийн зорилго нь SCHE-тэй хослуулан MH реакторын үйл ажиллагааны параметрүүдэд тохирох анхны утгыг тодорхойлох явдал юм.Бүх тохиолдолд реакторын дулааныг зайлуулахын тулд агаарыг хөргөлтийн бодис болгон ашигласан.Дулаан зөөвөрлөгч тос дотроос MH реакторын дулаан дамжуулах тосоор агаар, усыг ихэвчлэн сонгодог бөгөөд өртөг багатай, байгаль орчинд үзүүлэх нөлөө багатай байдаг.Магнийн хайлшийн ажлын температур өндөр байдаг тул энэ судалгаанд агаарыг хөргөлтийн бодис болгон сонгосон.Үүнээс гадна бусад шингэн металл, хайлсан давстай харьцуулахад илүү сайн урсах шинж чанартай байдаг41.Хүснэгт 2-т 573 К-ийн агаарын шинж чанарыг жагсаасан болно. Энэ хэсгийн мэдрэмжийн шинжилгээнд зөвхөн MH-SCHE-ийн гүйцэтгэлийн сонголтуудын хамгийн сайн тохиргоог (4-ээс 6-р тохиолдлуудад) ашигласан болно.Энэ хэсгийн тооцоолол нь MH реакторын анхны температур, устөрөгчийн ачааллын даралт, HTF оролтын температур, HTF хурдыг өөрчилснөөр тооцсон Рейнольдсын тоо зэрэг үйл ажиллагааны янз бүрийн параметрүүд дээр үндэслэсэн болно.Хүснэгт 3-т мэдрэмтгий байдлын шинжилгээнд ашигласан бүх үйлдлийн параметрүүдийг оруулсан болно.
Энэ хэсэгт устөрөгчийн шингээлт, турбулент, хөргөлтийн дулаан дамжуулах үйл явцад шаардлагатай бүх хяналтын тэгшитгэлийг тайлбарласан болно.
Устөрөгчийн шингээлтийн урвалын шийдлийг хялбарчлахын тулд дараахь таамаглалыг гаргаж, өгсөн болно;
Шингээх явцад устөрөгч ба металл гидридийн термофизикийн шинж чанар тогтмол байдаг.
Устөрөгч нь хамгийн тохиромжтой хий гэж тооцогддог тул орон нутгийн дулааны тэнцвэрийн нөхцөлийг харгалзан үздэг43,44.
Энд \({L}_{хий}\) нь савны радиус, \({L}_{дулаан}\) нь савны тэнхлэгийн өндөр юм.N нь 0.0146-аас бага бол савны устөрөгчийн урсгалыг симуляцид чухал алдаагүйгээр үл тоомсорлож болно.Одоогийн судалгаагаар N нь 0.1-ээс хамаагүй бага байна.Тиймээс даралтын градиент нөлөөг үл тоомсорлож болно.
Реакторын ханыг бүх тохиолдолд сайн тусгаарласан.Тиймээс реактор болон хүрээлэн буй орчны хооронд дулааны солилцоо 47 байхгүй.
Mg-д суурилсан хайлш нь устөрөгчийн сайн шинж чанартай, устөрөгчийн агуулах өндөр багтаамжтай, жингийн 7.6%8 байдаг.Хатуу төлөвт устөрөгч хадгалах хэрэглээний хувьд эдгээр хайлшийг хөнгөн материал гэж нэрлэдэг.Үүнээс гадна тэдгээр нь маш сайн халуунд тэсвэртэй, сайн боловсруулалттай байдаг8.Mg-д суурилсан хэд хэдэн хайлшаас Mg2Ni-д суурилсан MgNi хайлш нь устөрөгчийн жингийн 6% хүртэл хадгалах багтаамжтай тул MH хадгалах хамгийн тохиромжтой сонголтуудын нэг юм.Mg2Ni хайлш нь MgH48 хайлштай харьцуулахад илүү хурдан шингээлт ба десорбцийн кинетикийг өгдөг.Иймээс энэ судалгаанд металл гидридийн материалаар Mg2Ni сонгосон.
Устөрөгч ба Mg2Ni гидридын хоорондох дулааны баланс дээр үндэслэн энергийн тэгшитгэлийг 25-аар илэрхийлнэ.
X нь металлын гадаргуу дээр шингэсэн устөрөгчийн хэмжээ, нэгж нь \(жин\%\), шингээлтийн явцад кинетик тэгшитгэлээс \(\frac{dX}{dt}\) дараах байдлаар тооцоолно49.
Энд \({C}_{a}\) нь урвалын хурд, \({E}_{a}\) нь идэвхжүүлэлтийн энерги юм.\({P}_{a,eq}\) нь шингээлтийн процессын үед металл гидридийн реактор доторх тэнцвэрийн даралт бөгөөд вант Хоффын тэгшитгэлээр дараах байдлаар өгөгдсөн байна25:
Энд \({P}_{ref}\) нь 0.1 МПа-ын жишиг даралт юм.\(\Delta H\) ба \(\Delta S\) нь урвалын энтальпи ба энтропи юм.Mg2Ni ба устөрөгчийн хайлшийн шинж чанарыг хүснэгтэд үзүүлэв.4. Нэрлэсэн жагсаалтыг нэмэлт хэсгээс харж болно.
Шингэний урсгалын хурд болон Рейнольдсын тоо (Re) нь 78.75 мс-1 ба 14000 байдаг тул шингэний урсгалыг турбулент гэж үздэг.Энэхүү судалгаанд хүрэх боломжтой k-ε турбулентийн загварыг сонгосон.Энэ арга нь бусад k-ε аргуудтай харьцуулахад өндөр нарийвчлалтай, мөн RNG k-ε50,51 аргуудтай харьцуулахад тооцоолоход бага хугацаа шаардагддаг болохыг тэмдэглэв.Дулаан зөөвөрлөх шингэний үндсэн тэгшитгэлийн талаарх дэлгэрэнгүй мэдээллийг Нэмэлт хэсгээс үзнэ үү.
Эхэндээ MN реактор дахь температурын горим жигд байсан бөгөөд устөрөгчийн дундаж агууламж 0.043 байв.MH реакторын гаднах хил хязгаарыг сайн тусгаарласан гэж үздэг.Магнийн хайлш нь реакторт устөрөгчийг хадгалах, гаргахын тулд ихэвчлэн өндөр урвалын ажиллагааны температур шаарддаг.Mg2Ni хайлшийг хамгийн их шингээхийн тулд 523-603 К температурын муж, бүрэн десорбци хийхэд 573-603 К температурын хүрээ шаардлагатай52.Гэсэн хэдий ч Muthukumar et al.53-ийн хийсэн туршилтын судалгаагаар устөрөгчийн агуулахын Mg2Ni-ийн хамгийн их хадгалах багтаамж нь 573 К-ийн ажлын температурт хүрч болохыг харуулсан бөгөөд энэ нь түүний онолын хүчин чадалтай тохирч байна.Иймд энэ судалгаанд MN реакторын анхны температураар 573 К температурыг сонгосон.
Баталгаажуулалт, найдвартай үр дүнд хүрэхийн тулд янз бүрийн сүлжээний хэмжээг үүсгэ.Зураг дээр.2-т дөрвөн өөр элементээс устөрөгчийг шингээх процессын сонгосон байршил дахь дундаж температурыг харуулав.Ижил геометрийн улмаас сүлжээний бие даасан байдлыг шалгахын тулд тохиргоо бүрээс зөвхөн нэг тохиолдлыг сонгосон гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй.Бусад тохиолдолд ижил аргаар холбох аргыг хэрэглэнэ.Тиймээс спираль хоолойд 1-р хувилбар, хагас цилиндр хоолойд 4-р сонголтыг сонгоно.Зураг дээр.2a, b нь 1 ба 4-р хувилбаруудын реактор дахь дундаж температурыг тус тус үзүүлэв.Сонгосон гурван байршил нь реакторын дээд, дунд, доод хэсэгт байрлах орны температурын контурыг илэрхийлнэ.Сонгосон газруудын температурын контур дээр үндэслэн дундаж температур тогтвортой болж, 1 ба 4-р тохиолдлын хувьд 428,891 ба 430,599 элементийн дугаарт бага зэрэг өөрчлөлт гарна.Тиймээс эдгээр сүлжээний хэмжээг цаашдын тооцооллын тооцоонд зориулж сонгосон.Янз бүрийн хэмжээтэй эсийн устөрөгчийг шингээх процессын дундаж температур, хоёр тохиолдолд дараалан цэвэршүүлсэн торны талаархи дэлгэрэнгүй мэдээллийг нэмэлт хэсэгт өгсөн болно.
Янз бүрийн сүлжээний тоо бүхий металл гидридийн реактор дахь устөрөгч шингээх процессын сонгосон цэгүүдийн дундаж давхаргын температур.(a) 1-р тохиолдлын хувьд сонгосон байршил дахь дундаж температур ба (б) 4-р тохиолдолд сонгосон байршил дахь дундаж температур.
Энэ судалгаанд Mg-д суурилсан металл гидридийн реакторыг Muthukumar et al.53-ын туршилтын үр дүнд үндэслэн туршсан.Тэд судалгаандаа Mg2Ni хайлшаар устөрөгчийг зэвэрдэггүй ган хоолойд хадгалахад ашигласан.Зэс сэрвээ нь реактор доторх дулаан дамжуулалтыг сайжруулахад ашиглагддаг.Зураг дээр.Туршилтын судалгаа болон энэхүү судалгааны хоорондох шингээлтийн процессын давхаргын дундаж температурын харьцуулалтыг 3а-д үзүүлэв.Энэ туршилтанд сонгосон ажлын нөхцөл нь: MG анхны температур 573 К ба оролтын даралт 2 МПа.Зураг дээрээс.Энэ туршилтын үр дүн нь давхаргын дундаж температурын хувьд одоогийнхтой сайн тохирч байгааг 3а-аас тодорхой харуулж байна.
Загварын баталгаажуулалт.(a) Одоогийн судалгааг Мутхукумар нар.52-ын туршилтын ажилтай харьцуулах замаар Mg2Ni металл гидридийн реакторын кодыг баталгаажуулах, (б) Кумар нартай одоогийн судалгааг харьцуулах замаар спираль хоолойн турбулент урсгалын загварыг баталгаажуулах. .Судалгаа.54.
Турбулентийн загварыг туршихын тулд энэхүү судалгааны үр дүнг Kumar et al.54-ийн туршилтын үр дүнтэй харьцуулан сонгосон турбулент загварын зөв эсэхийг баталгаажуулав.Кумар нар 54 хоолой доторх спираль дулаан солилцуур дахь турбулент урсгалыг судалсан.Усыг эсрэг талаас нь шахдаг халуун, хүйтэн шингэн болгон ашигладаг.Халуун ба хүйтэн шингэний температур тус тус 323 К ба 300 К байна.Рэйнолдсын тоо халуун шингэнд 3100-5700, хүйтэн шингэнд 21000-35000 хооронд хэлбэлздэг.Дийн тоо халуун шингэнд 550-1000, хүйтэн шингэнд 3600-6000 байна.Дотор хоолой (халуун шингэний хувьд) ба гадна хоолойн (хүйтэн шингэний хувьд) диаметр нь 0.0254 м ба 0.0508 м байна.Мушгиа ороомгийн диаметр ба давирхай нь 0.762 м ба 0.100 м байна.Зураг дээр.3b-д дотоод хоолой дахь хөргөлтийн шингэний Nusselt болон Dean-ийн янз бүрийн хосуудын туршилтын болон одоогийн үр дүнгийн харьцуулалтыг харуулав.Гурван өөр турбулентийн загварыг хэрэгжүүлж, туршилтын үр дүнтэй харьцуулсан.Зурагт үзүүлсэн шиг.3b-д, хүрэх боломжтой k-ε турбулентийн загварын үр дүн нь туршилтын өгөгдөлтэй сайн тохирч байна.Тиймээс энэхүү судалгаанд энэ загварыг сонгосон.
Энэхүү судалгааны тоон симуляцийг ANSYS Fluent 2020 R2 ашиглан гүйцэтгэсэн.Хэрэглэгчийн тодорхойлсон функцийг (UDF) бичиж, шингээлтийн процессын кинетикийг тооцоолохдоо энергийн тэгшитгэлийн оролтын гишүүн болгон ашигла.PRESTO55 хэлхээ ба PISO56 аргыг даралт-хурдны холбоо, даралтыг засахад ашигладаг.Хувьсах градиентийн хувьд Greene-Gauss эсийн суурийг сонго.Импульс ба энергийн тэгшитгэлийг салхины эсрэг хоёр дахь эрэмбийн аргаар шийддэг.Дутуу тайвшрах коэффициентүүдийн хувьд даралт, хурд, эрчим хүчний бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг тус тус 0.5, 0.7, 0.7 гэж тохируулсан.Стандарт хананы функцуудыг турбулент загварт HTF-д ашигладаг.
Энэ хэсэгт устөрөгчийг шингээх үед ороомог ороомог дулаан солилцуур (HCHE) ба мушгиа ороомог дулаан солилцуур (SCHE) ашиглан MH реакторын дотоод дулаан дамжуулалтыг сайжруулсан тоон загварчлалын үр дүнг үзүүлэв.HTF-ийн давирхай нь реакторын давхаргын температур болон шингээлтийн үргэлжлэх хугацаанд үзүүлэх нөлөөг шинжилсэн.Шингээх үйл явцын үндсэн үйл ажиллагааны параметрүүдийг судалж, мэдрэмжийн шинжилгээний хэсэгт үзүүлэв.
MH реакторын дулаан дамжуулалтад ороомгийн хоорондын зай хэрхэн нөлөөлж байгааг судлахын тулд өөр өөр давтамжтай гурван дулаан солилцуурын тохиргоог судалсан.15мм, 12.86мм ба 10мм-ийн гурван өөр налууг тус тус 1-р их бие, 2-р их бие, 3-р бие гэж тодорхойлсон.Хоолойн голч нь 573 К-ийн анхны температур, бүх тохиолдолд 1.8 МПа ачааллын даралтаар 6 мм-ээр тогтоогдсон гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй.Зураг дээр.4-т 1-ээс 3-р тохиолдлуудад устөрөгчийг шингээх процессын үед MH давхарга дахь устөрөгчийн дундаж температур ба устөрөгчийн концентрацийг харуулав. Ихэвчлэн металл гидрид ба устөрөгчийн хоорондох урвал нь шингээлтийн процесст экзотермик шинж чанартай байдаг.Тиймээс устөрөгчийг реакторт анх оруулах анхны мөчөөс болж орны температур хурдан өсдөг.Орны температур нь хамгийн их утгад хүрэх хүртэл нэмэгдэж, дараа нь дулааныг бага температуртай, хөргөлтийн үүрэг гүйцэтгэдэг хөргөлтийн шингэнээр зөөвөрлөхөд аажмаар буурдаг.Зурагт үзүүлсэн шиг.4а, өмнөх тайлбараас шалтгаалан давхаргын температур хурдан нэмэгдэж, тасралтгүй буурч байна.Шингээх процессын устөрөгчийн концентрацийг ихэвчлэн MH реакторын орны температурт үндэслэнэ.Давхаргын дундаж температур тодорхой температур хүртэл буурахад метал гадаргуу нь устөрөгчийг шингээдэг.Энэ нь реактор дахь физиксорбци, химисорбци, устөрөгчийн тархалт, түүний гидрид үүсэх үйл явц хурдассантай холбоотой юм.Зураг дээрээс.4б-аас харахад ороомгийн дулаан солилцуурын алхамын утга бага тул 3-р тохиолдолд устөрөгчийн шингээлтийн хурд бусад тохиолдлуудаас бага байна.Энэ нь хоолойн нийт уртыг уртасгаж, HTF хоолойн дулаан дамжуулах талбайг нэмэгдүүлдэг.Устөрөгчийн дундаж концентраци 90% байхад 1-р тохиолдлыг шингээх хугацаа 46,276 секунд байна.1-р тохиолдлын шингээлтийн хугацаатай харьцуулахад 2 ба 3-р тохиолдлын шингээлтийн үргэлжлэх хугацаа 724 секунд ба 1263 секундээр тус тус буурсан байна.Нэмэлт хэсэгт HCHE-MH давхаргын сонгосон байршлын температур ба устөрөгчийн концентрацийн контурыг үзүүлэв.
Давхаргын дундаж температур ба устөрөгчийн концентрацид ороомгийн хоорондох зайны нөлөөлөл.(a) Мушгиа ороомгийн дундаж орны температур, (б) мушгиа ороомгийн устөрөгчийн концентраци, (в) хагас цилиндр ороомгийн дундаж давхаргын температур, (г) хагас цилиндр ороомгийн устөрөгчийн концентраци.
MG реакторын дулаан дамжуулах шинж чанарыг сайжруулахын тулд 3-р хувилбарын MG (2000 см3) болон спираль дулаан солилцуур (100 см3) -ийн тогтмол эзэлхүүнтэй байхаар хоёр ОССС-ийг зохион бүтээсэн. Энэ хэсэгт мөн реакторын хоорондох зайны нөлөөллийг авч үзнэ. 4-р хайрцагт 15 мм, 5-р хайрцагт 12.86 мм, 6-р хайрцагт 10 мм ороомог. Зураг дээр.4c,d-д 573 К-ийн анхны температур ба 1.8 МПа ачааллын даралттай устөрөгч шингээх процессын дундаж давхаргын температур ба концентрацийг харуулав.Зураг 4в-ийн дундаж давхаргын температурын дагуу 6-р тохиолдолд ороомгийн хоорондох зай бага байх нь бусад хоёр тохиолдолтой харьцуулахад температурыг ихээхэн бууруулдаг.6-р тохиолдлын хувьд орны температур бага байх нь устөрөгчийн концентрацийг ихэсгэдэг (4d-р зургийг үз).4-р хувилбарын устөрөгчийг шингээх хугацаа нь 19542 секунд бөгөөд энэ нь HCH ашиглаж байгаа 1-3 хувилбартай харьцуулахад 2 дахин бага байна.Нэмж дурдахад 4-р тохиолдолтой харьцуулахад шингээлтийн хугацаа мөн 378 секунд, 5 ба 6-р тохиолдолд бага зайтай бол 1515 секундээр багассан.Нэмэлт хэсэгт SCHE-MH давхаргын сонгосон байршлын температур ба устөрөгчийн концентрацийн контурыг үзүүлэв.
Дулаан солилцуурын хоёр тохируулгын гүйцэтгэлийг судлахын тулд энэ хэсэгт сонгосон гурван байршилд температурын муруйг зурж, үзүүлэв.Тохиолдол 3-ын HCHE-тэй MH реактор нь тогтмол MH-ийн эзэлхүүн ба хоолойн эзэлхүүнтэй тул 4-р тохиолдолд SCHE агуулсан MH реактортой харьцуулахын тулд сонгосон.Энэхүү харьцуулалтын ажлын нөхцөл нь анхны температур 573 К, ачааллын даралт 1.8 МПа байв.Зураг дээр.5a ба 5b-д 3 ба 4-р тохиолдолд температурын профайлын сонгосон гурван байрлалыг тус тус үзүүлэв.Зураг дээр.5c нь устөрөгчийг шингээсэн 20,000 секундын дараа температурын төлөв ба давхаргын концентрацийг харуулав.Зураг 5c-ийн 1-р мөрийн дагуу 3 ба 4-р хувилбараас TTF-ийн эргэн тойрон дахь температур нь хөргөлтийн конвекцийн дулаан дамжуулалтаас болж буурдаг.Үүний үр дүнд энэ талбайн эргэн тойронд устөрөгчийн агууламж өндөр байдаг.Гэсэн хэдий ч хоёр SCHE ашиглах нь давхаргын концентрацийг ихэсгэдэг.4-р тохиолдолд HTF бүсийн эргэн тойронд илүү хурдан кинетик хариу үйлдэл илэрсэн. Үүнээс гадна энэ бүс нутагт хамгийн их концентраци 100% мөн илэрсэн.Реакторын голд байрлах 2-р шугамаас 4-р хэсгийн температур реакторын төвөөс бусад бүх газарт 3-р хэсгийн температураас мэдэгдэхүйц бага байна.Үүний үр дүнд 4-р тохиолдлын хувьд реакторын төвийн ойролцоох HTF-ээс хол байгаа бүсээс бусад тохиолдолд устөрөгчийн концентраци хамгийн их болно.Гэсэн хэдий ч 3-р хэргийн концентраци тийм ч их өөрчлөгдөөгүй.ГТС-ийн үүдний ойролцоох 3-р мөрөнд давхаргын температур ба концентрацийн ихээхэн ялгаа ажиглагдсан.4-р тохиолдолд давхаргын температур мэдэгдэхүйц буурч, энэ бүсэд устөрөгчийн концентраци хамгийн их болсон бол 3-р тохиолдолд концентрацийн шугам хэлбэлзсэн хэвээр байна.Энэ нь SCHE дулаан дамжуулах хурдатгалтай холбоотой юм.3-р тохиолдол ба 4-р тохиолдлын хоорондох MH давхарга ба HTF хоолойн дундаж температурыг харьцуулах талаар дэлгэрэнгүй мэдээлэл, хэлэлцүүлгийг нэмэлт хэсэгт өгсөн болно.
Метал гидридийн реакторын сонгосон байршил дахь температурын төлөв ба давхаргын концентраци.(a) 3-р тохиолдлын хувьд сонгосон байршил, (б) 4-р тохиолдлын хувьд сонгосон байршил, (в) 3 ба 4-р тохиолдолд устөрөгчийг шингээх процессын хувьд 20,000 секундын дараа сонгосон байршил дахь температурын төлөв ба давхаргын концентраци.
Зураг дээр.Зураг 6-д HCH болон SHE-ийн шингээлтийн дундаж орны температур (6а-г үзнэ үү) ба устөрөгчийн концентраци (6б-р зургийг үз) харьцуулсан зургийг үзүүлэв.Дулаан солилцооны талбай ихэссэнээс MG давхаргын температур мэдэгдэхүйц буурч байгааг энэ зургаас харж болно.Реактороос илүү их дулааныг зайлуулах нь устөрөгчийн шингээлтийн хурдыг нэмэгдүүлдэг.Хэдийгээр хоёр дулаан солилцуурын тохируулга нь HCHE-г 3-р хувилбартай харьцуулахад ижил эзэлхүүнтэй боловч 4-р хувилбар дээр үндэслэсэн SCHE-ийн устөрөгчийн шингээлтийн хугацаа 59% -иар мэдэгдэхүйц буурсан байна.Илүү нарийвчилсан дүн шинжилгээ хийхийн тулд хоёр дулаан солилцуурын тохиргооны устөрөгчийн концентрацийг 7-р зурагт изолин хэлбэрээр үзүүлэв. Энэ зураг нь хоёр тохиолдолд устөрөгчийг HTF оролтын эргэн тойронд доороос шингээж эхэлдэг болохыг харуулж байна.HTF-ийн бүсэд илүү их концентраци илэрсэн бол дулаан солилцогчоос хол байгаа тул MH реакторын төвд бага концентраци ажиглагдсан.10,000 секундын дараа 4 дэх тохиолдол дахь устөрөгчийн концентраци 3 дахь тохиолдолоос хамаагүй их байна. 20,000 секундын дараа реактор дахь устөрөгчийн дундаж концентраци 3 дахь тохиолдолд 50% устөрөгчтэй харьцуулахад 4 дэх тохиолдолд 90% болж өссөн. хоёр SCHE-ийг нэгтгэх өндөр үр дүнтэй хөргөлтийн хүчин чадалтай тул MH давхарга доторх температур бага байна.Үүний үр дүнд MG давхарга дотор илүү тэнцвэртэй даралт унадаг бөгөөд энэ нь устөрөгчийг илүү хурдан шингээхэд хүргэдэг.
Тохиолдол 3 ба Тохиолдол 4 Хоёр дулаан солилцуурын тохиргооны дундаж давхаргын температур ба устөрөгчийн концентрацийн харьцуулалт.
Устөрөгч шингээх процесс эхэлснээс хойш 500, 2000, 5000, 10000, 20000 секундын дараа 3 ба 4-р тохиолдолд устөрөгчийн агууламжийн харьцуулалт.
Хүснэгт 5-д бүх тохиолдлын хувьд устөрөгчийн шингээлтийн үргэлжлэх хугацааг нэгтгэн харуулав.Үүнээс гадна хүснэгтэд устөрөгчийг шингээх хугацааг хувиар илэрхийлсэн болно.Энэ хувийг Тохиолдол 1-ийн шингээлтийн хугацаанд үндэслэн тооцоолсон болно. Энэ хүснэгтээс HCHE ашиглаж байгаа MH реакторын шингээлтийн хугацаа ойролцоогоор 45,000-аас 46,000 секунд, SCHE-г оруулаад шингээх хугацаа нь ойролцоогоор 18,000-аас 19,000 секунд байна.Тохиолдол 1-тэй харьцуулахад 2-р тохиолдол ба 3-р тохиолдлын шингээх хугацаа ердөө 1.6% ба 2.7%-иар багассан.HCHE-ийн оронд SCHE-г ашиглах үед шингээх хугацаа 4-өөс 6-р тохиолдол хүртэл 58% -иас 61% хүртэл багассан.MH реакторт SCHE нэмэх нь устөрөгч шингээх процесс болон MH реакторын ажиллагааг ихээхэн сайжруулдаг нь ойлгомжтой.Хэдийгээр MH реактор дотор дулаан солилцогч суурилуулах нь хадгалах багтаамжийг бууруулдаг боловч энэ технологи нь бусад технологитой харьцуулахад дулаан дамжуулалтыг ихээхэн сайжруулдаг.Мөн давирхайн утгыг бууруулснаар SCHE-ийн эзлэхүүн нэмэгдэж, улмаар MH-ийн хэмжээ буурна.Хамгийн их SCHE эзэлхүүнтэй 6-р тохиолдолд MH-ийн эзлэхүүний багтаамж нь хамгийн бага HCHE-ийн эзэлхүүнтэй 1-р тохиолдолтой харьцуулахад ердөө 5%-иар буурсан байна.Нэмж дурдахад, шингээлтийн үед 6-р тохиолдол илүү хурдан бөгөөд илүү сайн гүйцэтгэлтэй байсан бөгөөд шингээх хугацаа 61% -иар буурсан байна.Тиймээс мэдрэмжийн шинжилгээнд нэмэлт судалгаа хийхээр 6-р тохиолдлыг сонгосон.Устөрөгчийн шингээлтийн урт хугацаа нь 2000 см3 орчим MH-ийн эзэлхүүнийг агуулсан хадгалах савтай холбоотой гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй.
Урвалын үед ажиллах параметрүүд нь бодит нөхцөлд MH реакторын гүйцэтгэлд эерэг эсвэл сөрөг нөлөө үзүүлдэг чухал хүчин зүйлүүд юм.Энэхүү судалгаа нь MH реакторын SCHE-тэй хослуулан тохирох анхны үйл ажиллагааны параметрүүдийг тодорхойлох мэдрэмжийн шинжилгээг авч үзсэн бөгөөд энэ хэсэгт 6-р тохиолдолд реакторын оновчтой тохиргоонд үндэслэн үйл ажиллагааны үндсэн дөрвөн параметрийг судалсан болно. Үйл ажиллагааны бүх нөхцлийн үр дүнг доор харуулав. Зураг 8.
Хагас цилиндр ороомогтой дулаан солилцогч ашиглах үед янз бүрийн ажлын нөхцөлд устөрөгчийн концентрацийн график.(а) ачааллын даралт, (б) эхний давхаргын температур, (в) хөргөлтийн шингэний Рейнольдсын тоо, (г) хөргөлтийн шингэний оролтын температур.
Тогтмол анхны температур 573 К, хөргөлтийн шингэний урсгалын хурд 14000 Рейнольдсын тоонд үндэслэн 1.2 МПа, 1.8 МПа, 2.4 МПа, 3.0 МПа гэсэн дөрвөн өөр ачааллын даралтыг сонгосон.Зураг дээр.8а нь ачааллын даралт ба SCHE-ийн устөрөгчийн концентрацид цаг хугацааны явцад үзүүлэх нөлөөг харуулав.Ачааллын даралт ихсэх тусам шингээлтийн хугацаа буурдаг.Устөрөгчийн даралтыг 1.2 МПа хэрэглэх нь устөрөгчийг шингээх процессын хамгийн муу тохиолдол бөгөөд шингээлтийн үргэлжлэх хугацаа нь 26,000 секундээс давж, устөрөгчийг 90% шингээхэд хүрдэг.Гэсэн хэдий ч ачааллын өндөр даралт нь шингээх хугацааг 1.8-аас 3.0 МПа хүртэл 32-42% -иар бууруулсан.Энэ нь устөрөгчийн анхны даралт ихэссэнтэй холбоотой бөгөөд энэ нь тэнцвэрийн даралт ба хэрэглэсэн даралтын хооронд илүү их зөрүү үүсгэдэг.Тиймээс энэ нь устөрөгчийн шингээлтийн кинетикийн томоохон хөдөлгөгч хүчийг бий болгодог.Анхны агшинд тэнцвэрийн даралт ба хэрэглэсэн даралтын хоорондох их зөрүүгээс болж устөрөгчийн хий хурдан шингэдэг57.Ачаалах даралт 3.0 МПа үед эхний 10 секундэд 18% устөрөгч хурдан хуримтлагдсан.Устөрөгчийг эцсийн шатанд 15460 секундын турш реакторуудын 90% -д хадгалсан.Гэсэн хэдий ч 1.2-1.8 МПа ачааллын даралттай үед шингээх хугацаа 32% -иар мэдэгдэхүйц буурсан байна.Бусад өндөр даралт нь шингээх хугацааг сайжруулахад бага нөлөө үзүүлсэн.Тиймээс MH-SCHE реакторын ачааллын даралтыг 1.8 МПа байлгахыг зөвлөж байна.Нэмэлт хэсэгт 15500 секундын янз бүрийн ачааллын даралтын устөрөгчийн концентрацийн контурыг харуулав.
MH реакторын тохирох анхны температурыг сонгох нь гидрид үүсэх урвалын хөдөлгөгч хүчд нөлөөлдөг тул устөрөгчийн шингээлтийн процесст нөлөөлөх гол хүчин зүйлүүдийн нэг юм.SCHE-ийн MH реакторын анхны температурт үзүүлэх нөлөөг судлахын тулд 1.8 МПа тогтмол ачааллын даралт, Рейнольдсын тоо 14,000 HTF байх үед дөрвөн өөр температурыг сонгосон.Зураг дээр.Зураг 8b-д 473К, 523К, 573К, 623К зэрэг янз бүрийн эхлэх температурын харьцуулалтыг харуулав.Үнэн хэрэгтээ, температур нь 230 ° C буюу 503K58-аас дээш байвал Mg2Ni хайлш нь устөрөгчийг шингээх үйл явцад үр дүнтэй шинж чанартай байдаг.Гэсэн хэдий ч устөрөгчийг шахах эхний мөчид температур хурдан өсдөг.Улмаар MG давхаргын температур 523 К-ээс хэтрэх болно. Иймээс шингээлтийн хурд ихэссэнээр гидрид үүсэх нь хөнгөвчилдөг53.Зураг дээрээс.МБ давхаргын анхны температур буурах тусам устөрөгч илүү хурдан шингэж байгааг 8б-р зурагнаас харж болно.Эхний температур бага байх үед тэнцвэрийн даралт багасна.Тэнцвэрийн даралт ба хэрэглэсэн даралтын хоорондох даралтын зөрүү их байх тусам устөрөгчийг шингээх үйл явц хурдан болно.Эхний 473 К температурт устөрөгч эхний 18 секундэд 27% хүртэл хурдан шингэдэг.Нэмж дурдахад шингээх хугацаа нь анхны температур 623 К-тэй харьцуулахад бага температурт 11% -иас 24% хүртэл буурсан. 473 К-ийн хамгийн бага анхны температурт шингээх хугацаа нь 15247 сек бөгөөд энэ нь хамгийн сайнтай төстэй юм. тохиолдолд ачааллын даралт, гэхдээ анхны температурын реакторын температур буурах нь устөрөгчийн хадгалах багтаамж буурахад хүргэдэг.MN реакторын анхны температур хамгийн багадаа 503 K53 байх ёстой.Үүнээс гадна, 573 K53-ийн анхны температурт устөрөгчийн агуулахын хамгийн их багтаамжийг жингийн 3.6% -д хүргэх боломжтой.Устөрөгчийг хадгалах багтаамж, шингээх хугацааны хувьд 523-573 К-ийн температур нь зөвхөн 6% -иар богиносдог.Тиймээс 573 К температурыг MH-SCHE реакторын анхны температур гэж санал болгож байна.Гэсэн хэдий ч шингээлтийн процесст үзүүлэх анхны температурын нөлөө нь ачааллын даралттай харьцуулахад бага ач холбогдолтой байв.Нэмэлт хэсэгт 15500 секундын янз бүрийн анхны температурт устөрөгчийн концентрацийн контурыг харуулав.
Урсгалын хурд нь устөрөгчжүүлэлт, усгүйжүүлэлтийн үед турбулент болон дулааныг зайлуулах эсвэл оруулахад нөлөөлж болох тул устөрөгчжүүлэлт ба усгүйжүүлэлтийн үндсэн үзүүлэлтүүдийн нэг юм59.Өндөр урсгалын хурд нь турбулент фазуудыг үүсгэж, HTF хоолойгоор шингэний урсгалыг хурдасгахад хүргэдэг.Энэ урвал нь илүү хурдан дулаан дамжуулахад хүргэдэг.HTF-ийн өөр өөр хурдыг Рэйнолдсын 10,000, 14,000, 18,000, 22,000 тоон дээр үндэслэн тооцдог.MG давхаргын анхны температурыг 573 К, ачааллын даралтыг 1.8 МПа дээр тогтоов.Зураг дээрх үр дүн.8c нь илүү өндөр Рейнольдсын тоог SCHE-тэй хослуулан хэрэглэх нь шингээлтийн түвшин өндөр болохыг харуулж байна.Рэйнолдсын тоо 10,000-аас 22,000 болж өсөхөд шингээх хугацаа ойролцоогоор 28-50% буурдаг.Рэйнолдсын тоо 22,000 байх үед шингээх хугацаа нь 12,505 секунд бөгөөд энэ нь янз бүрийн ачааллын температур, даралтаас бага байна.12500 секундын GTP-ийн янз бүрийн Рейнольдс тоонуудын устөрөгчийн концентрацийн контурыг нэмэлт хэсэгт үзүүлэв.
HTF-ийн анхны температурт SCHE-ийн нөлөөг шинжилж, Зураг 8d-д үзүүлэв.Анхны MG температур 573 К, устөрөгчийн ачааллын даралт 1.8 МПа үед энэ шинжилгээнд зориулж дөрвөн анхны температурыг сонгосон: 373 К, 473 К, 523 К, 573 К. 8d нь хөргөлтийн температур буурч байгааг харуулж байна. оролтын хэсэгт шингээх хугацааг багасгахад хүргэдэг.573 К-ийн оролтын температуртай суурьтай харьцуулахад шингээлтийн хугацаа ойролцоогоор 20%, 523 К, 473 К, 373 К-ийн оролтын температурт 44%, 56% -иар багассан.6917 секундэд GTF-ийн анхны температур 373 К, реактор дахь устөрөгчийн агууламж 90% байна.Үүнийг MG давхарга ба HCS-ийн хоорондох конвектив дулаан дамжуулалтыг сайжруулснаар тайлбарлаж болно.HTF-ийн бага температур нь дулааны ялгаралтыг нэмэгдүүлж, устөрөгчийн шингээлтийг нэмэгдүүлнэ.Ашиглалтын бүх параметрүүдийн дотроос HTF-ийн оролтын температурыг нэмэгдүүлэх замаар MH-SCHE реакторын гүйцэтгэлийг сайжруулах нь хамгийн тохиромжтой арга байсан, учир нь шингээх процессын төгсгөлийн хугацаа 7000 секундээс бага байсан бол бусад аргуудын хамгийн богино шингээх хугацаа нь илүү байсан. 10000 секундээс илүү.Устөрөгчийн концентрацийн контурыг GTP-ийн янз бүрийн анхны температурт 7000 секундын турш үзүүлэв.
Энэхүү судалгаа нь метал гидрид хадгалах төхөөрөмжид нэгтгэсэн шинэ хагас цилиндр ороомог дулаан солилцогчийг анх удаа танилцуулж байна.Санал болгож буй системийн устөрөгчийг шингээх чадварыг дулааны солилцооны янз бүрийн тохиргоогоор судалж үзсэн.Шинэ дулаан солилцогч ашиглан металл гидридийг хадгалах оновчтой нөхцлийг олохын тулд металл гидридын давхарга ба хөргөлтийн хоорондох дулааны солилцоонд ажиллах параметрүүдийн нөлөөг судалсан.Энэхүү судалгааны үндсэн үр дүнг дараах байдлаар нэгтгэн дүгнэв.
Хагас цилиндр ороомог дулаан солилцогчтой бол магнийн давхаргын реакторт дулааны жигд хуваарилалттай тул устөрөгчийг илүү сайн шингээх чадвартай тул дулаан дамжуулалтын гүйцэтгэл сайжирна.Дулаан солилцооны хоолой ба металл гидридын эзэлхүүн өөрчлөгдөхгүй тохиолдолд шингээлтийн урвалын хугацаа нь ердийн ороомогтой дулаан солилцууртай харьцуулахад 59% -иар багасдаг.
Шуудангийн цаг: 2023 оны 1-р сарын 15-ны хооронд