Nature.com भ्रमण गर्नुभएकोमा धन्यवाद।तपाईं सीमित CSS समर्थनको साथ ब्राउजर संस्करण प्रयोग गर्दै हुनुहुन्छ।उत्तम अनुभवको लागि, हामी तपाईंलाई अपडेट गरिएको ब्राउजर प्रयोग गर्न सिफारिस गर्छौं (वा इन्टरनेट एक्सप्लोररमा अनुकूलता मोड असक्षम गर्नुहोस्)।थप रूपमा, निरन्तर समर्थन सुनिश्चित गर्न, हामी शैलीहरू र जाभास्क्रिप्ट बिना साइट देखाउँछौं।
एकै पटकमा तीनवटा स्लाइडहरूको क्यारोसेल प्रदर्शन गर्दछ।अघिल्लो र अर्को बटनहरू प्रयोग गर्नुहोस् एक पटकमा तीन स्लाइडहरू मार्फत सार्नको लागि, वा अन्तमा स्लाइडर बटनहरू प्रयोग गर्नुहोस् एक पटकमा तीन स्लाइडहरू मार्फत सार्नको लागि।
मेटल हाइड्राइड्स (MH) लाई हाइड्रोजन भण्डारणको लागि सबैभन्दा उपयुक्त सामग्री समूहको रूपमा मान्यता दिइएको छ किनभने तिनीहरूको ठूलो हाइड्रोजन भण्डारण क्षमता, कम सञ्चालन दबाव र उच्च सुरक्षा।यद्यपि, तिनीहरूको सुस्त हाइड्रोजन अपटेक गतिविज्ञानले भण्डारण कार्यसम्पादनलाई धेरै कम गर्छ।MH भण्डारणबाट छिटो तातो हटाउनेले यसको हाइड्रोजन अपटेक दर बढाउनमा महत्त्वपूर्ण भूमिका खेल्न सक्छ, जसले गर्दा भण्डारण कार्यसम्पादनमा सुधार हुन्छ।यस सम्बन्धमा, यो अध्ययन MH भण्डारण प्रणालीको हाइड्रोजन अपटेक दरलाई सकारात्मक रूपमा प्रभाव पार्नको लागि तातो स्थानान्तरण विशेषताहरू सुधार गर्ने उद्देश्यले थियो।नयाँ अर्ध बेलनाकार कुण्डली पहिलो पटक हाइड्रोजन भण्डारणको लागि विकसित र अप्टिमाइज गरिएको थियो र आन्तरिक एयर-एज-हिट एक्सचेन्जर (HTF) को रूपमा समावेश गरिएको थियो।विभिन्न पिच आकारहरूमा आधारित, नयाँ ताप एक्सचेन्जर कन्फिगरेसनको प्रभावलाई विश्लेषण गरिन्छ र परम्परागत हेलिकल कोइल ज्यामितिसँग तुलना गरिन्छ।थप रूपमा, MG र GTP को भण्डारणको अपरेटिङ प्यारामिटरहरू इष्टतम मानहरू प्राप्त गर्न संख्यात्मक रूपमा अध्ययन गरिएको थियो।संख्यात्मक सिमुलेशनको लागि, ANSYS Fluent 2020 R2 प्रयोग गरिन्छ।यस अध्ययनको नतिजाले देखाउँछ कि MH भण्डारण ट्याङ्कीको कार्यसम्पादनलाई अर्ध-सिलिन्ड्रिकल कोइल ताप एक्सचेन्जर (SCHE) प्रयोग गरेर उल्लेखनीय रूपमा सुधार गर्न सकिन्छ।परम्परागत सर्पिल कुण्डली ताप एक्सचेंजरहरूको तुलनामा, हाइड्रोजन अवशोषणको अवधि 59% ले घटेको छ।SCHE कुण्डलहरू बीचको सबैभन्दा सानो दूरीले अवशोषण समयमा 61% घटाएको थियो।SHE प्रयोग गरी MG भण्डारणको अपरेटिङ प्यारामिटरहरूको सन्दर्भमा, सबै चयन गरिएका प्यारामिटरहरूले हाइड्रोजन अवशोषण प्रक्रिया, विशेष गरी HTS को इनलेटमा तापक्रममा उल्लेखनीय सुधार ल्याउँछ।
जीवाश्म ईन्धनमा आधारित ऊर्जाबाट नवीकरणीय ऊर्जामा विश्वव्यापी संक्रमण छ।नवीकरणीय ऊर्जाका धेरै रूपहरूले गतिशील रूपमा शक्ति प्रदान गर्ने हुनाले, भारलाई सन्तुलनमा राख्न ऊर्जा भण्डारण आवश्यक हुन्छ।हाइड्रोजन-आधारित ऊर्जा भण्डारणले यस उद्देश्यको लागि धेरै ध्यान आकर्षित गरेको छ, विशेष गरी किनभने हाइड्रोजन यसको गुण र पोर्टेबिलिटीको कारणले "हरियो" वैकल्पिक इन्धन र ऊर्जा वाहकको रूपमा प्रयोग गर्न सकिन्छ।थप रूपमा, हाइड्रोजनले जीवाश्म ईन्धनको तुलनामा प्रति एकाइ द्रव्यमानमा उच्च ऊर्जा सामग्री प्रदान गर्दछ।हाइड्रोजन ऊर्जा भण्डारणका चार मुख्य प्रकारहरू छन्: संकुचित ग्यास भण्डारण, भूमिगत भण्डारण, तरल भण्डारण, र ठोस भण्डारण।कम्प्रेस्ड हाइड्रोजन मुख्य प्रकारको ईन्धन सेल सवारी साधनहरू जस्तै बस र फोर्कलिफ्टहरूमा प्रयोग गरिन्छ।यद्यपि, यो भण्डारणले हाइड्रोजनको कम बल्क घनत्व प्रदान गर्दछ (लगभग ०.०८९ kg/m3) र उच्च परिचालन दबावसँग सम्बन्धित सुरक्षा समस्याहरू छन्।कम परिवेशको तापक्रम र दबाबमा रूपान्तरण प्रक्रियामा आधारित, तरल भण्डारले हाइड्रोजनलाई तरल रूपमा भण्डार गर्नेछ।यद्यपि, तरलीकरण गर्दा, लगभग 40% ऊर्जा हराउँछ।थप रूपमा, यो प्रविधि ठोस राज्य भण्डारण प्रविधिहरूको तुलनामा अधिक ऊर्जा र श्रम गहन रूपमा चिनिन्छ।ठोस भण्डारण हाइड्रोजन अर्थतन्त्रको लागि एक व्यवहार्य विकल्प हो, जसले हाइड्रोजनलाई अवशोषणको माध्यमबाट ठोस सामग्रीमा हाइड्रोजन समावेश गरेर र डिसोर्प्शनको माध्यमबाट हाइड्रोजन जारी गरेर भण्डारण गर्दछ।मेटल हाइड्राइड (MH), एक ठोस सामग्री भण्डारण प्रविधि, यसको उच्च हाइड्रोजन क्षमता, कम सञ्चालन दबाव, र तरल भण्डारणको तुलनामा कम लागतको कारणले ईन्धन सेल अनुप्रयोगहरूमा हालको चासोको विषय हो, र स्थिर र मोबाइल अनुप्रयोगहरूको लागि उपयुक्त छ 6,7 मा। थप रूपमा, MH सामग्रीहरूले ठूलो क्षमताको कुशल भण्डारण जस्ता सुरक्षा गुणहरू पनि प्रदान गर्दछ।यद्यपि, त्यहाँ एक समस्या छ जसले MG को उत्पादकतालाई सीमित गर्दछ: MG रिएक्टरको कम थर्मल चालकताले हाइड्रोजनको ढिलो अवशोषण र desorption निम्त्याउँछ।
एक्सोथर्मिक र एन्डोथर्मिक प्रतिक्रियाहरूको समयमा उचित गर्मी स्थानान्तरण MH रिएक्टरहरूको प्रदर्शन सुधार गर्ने कुञ्जी हो।हाइड्रोजन लोडिङ प्रक्रियाको लागि, अधिकतम भण्डारण क्षमताको साथ इच्छित दरमा हाइड्रोजन लोडिङ प्रवाहलाई नियन्त्रण गर्न रिएक्टरबाट उत्पन्न ताप हटाउनु पर्छ।यसको सट्टा, डिस्चार्जको समयमा हाइड्रोजन विकासको दर बढाउन गर्मी आवश्यक छ।गर्मी र जन स्थानान्तरण कार्यसम्पादन सुधार गर्नको लागि, धेरै शोधकर्ताहरूले धेरै कारकहरू जस्तै अपरेटिङ प्यारामिटरहरू, MG संरचना, र MG11 अप्टिमाइजेसनमा आधारित डिजाइन र अनुकूलन अध्ययन गरेका छन्।MG अनुकूलन उच्च थर्मल चालकता सामग्रीहरू जस्तै फोम धातुहरू MG तहहरू 12,13 मा थपेर गर्न सकिन्छ।यसरी, प्रभावकारी थर्मल चालकता 0.1 बाट 2 W/mK10 मा वृद्धि गर्न सकिन्छ।यद्यपि, ठोस सामग्रीको थपले MN रिएक्टरको शक्तिलाई उल्लेखनीय रूपमा घटाउँछ।अपरेटिङ प्यारामिटरहरूको सन्दर्भमा, एमजी तह र शीतलक (HTF) को प्रारम्भिक अपरेटिङ अवस्थाहरू अनुकूलन गरेर सुधारहरू प्राप्त गर्न सकिन्छ।MG को संरचना रिएक्टर को ज्यामिति र गर्मी एक्सचेंजर को डिजाइन को कारण अनुकूलित गर्न सकिन्छ।MH रिएक्टर गर्मी एक्सचेंजर को कन्फिगरेसन सन्दर्भमा, विधिहरू दुई प्रकारमा विभाजन गर्न सकिन्छ।यी MO तहमा निर्मित आन्तरिक ताप एक्सचेन्जरहरू र MO तहलाई ढाक्ने बाह्य ताप एक्सचेन्जरहरू जस्तै पखेटा, कूलिङ ज्याकेटहरू र वाटर बाथहरू हुन्।बाहिरी ताप एक्सचेन्जरको सन्दर्भमा, Kaplan16 ले MH रिएक्टरको सञ्चालनको विश्लेषण गर्यो, रिएक्टर भित्रको तापक्रम घटाउन ज्याकेटको रूपमा चिसो पानी प्रयोग गरी।परिणामहरू 22 राउन्ड फिन रिएक्टर र प्राकृतिक संवहनद्वारा चिसो अर्को रिएक्टरसँग तुलना गरिएको थियो।उनीहरूले बताउँछन् कि कूलिङ ज्याकेटको उपस्थितिले MH को तापक्रमलाई उल्लेखनीय रूपमा घटाउँछ, जसले गर्दा अवशोषण दर बढ्छ।पाटिल र गोपाल१७ द्वारा पानी-ज्याकेट गरिएको MH रिएक्टरको संख्यात्मक अध्ययनले हाइड्रोजन आपूर्ति दबाव र HTF तापमान हाइड्रोजन अपटेक र डिसोर्प्शनको दरलाई प्रभाव पार्ने प्रमुख मापदण्डहरू हुन् भनेर देखाएको छ।
MH मा निर्मित पखेटा र तातो एक्सचेन्जरहरू थपेर तातो स्थानान्तरण क्षेत्र बढाउनु तातो र ठूलो स्थानान्तरण कार्यसम्पादन सुधार गर्ने कुञ्जी हो र यसैले MH18 को भण्डारण कार्यसम्पादन।MH19,20,21,22,23,24,25,26 रिएक्टरमा कूलेन्टको परिसंचरण गर्न धेरै आन्तरिक ताप एक्सचेन्जर कन्फिगरेसनहरू (स्ट्रेट ट्यूब र सर्पिल कोइल) डिजाइन गरिएको छ।आन्तरिक ताप एक्सचेन्जर प्रयोग गरेर, चिसो वा तताउने तरल पदार्थले हाइड्रोजन शोषण प्रक्रियाको क्रममा स्थानीय तापलाई MH रिएक्टर भित्र स्थानान्तरण गर्नेछ।राजु र कुमार [२७] ले एमजीको कार्यसम्पादनमा सुधार गर्न धेरै सिधा ट्यूबहरू हीट एक्सचेन्जरको रूपमा प्रयोग गरे।तिनीहरूको नतिजाले देखाएको छ कि सोझो ट्युबहरू ताप एक्सचेंजरको रूपमा प्रयोग गर्दा अवशोषण समय कम भयो।थप रूपमा, सीधा ट्यूबहरूको प्रयोगले हाइड्रोजन डिसोर्प्शन समयलाई छोटो पार्छ।उच्च शीतलक प्रवाह दरले हाइड्रोजन चार्ज र डिस्चार्जको दर बढाउँछ।यद्यपि, कुलिङ ट्युबको संख्या बढाउँदा कूलेन्ट प्रवाह दर ३०,३१ को सट्टा MH कार्यसम्पादनमा सकारात्मक प्रभाव पर्छ।राजु et al.32 ले रिएक्टरहरूमा मल्टिट्यूब ताप एक्सचेन्जरहरूको कार्यसम्पादन अध्ययन गर्न MH सामग्रीको रूपमा LaMi4.7Al0.3 प्रयोग गर्यो।तिनीहरूले रिपोर्ट गरे कि अपरेटिङ प्यारामिटरहरूले अवशोषण प्रक्रियामा महत्त्वपूर्ण प्रभाव पारेको थियो, विशेष गरी फिड दबाब र त्यसपछि HTF को प्रवाह दर।यद्यपि, अवशोषण तापमान कम महत्वपूर्ण हुन पुग्यो।
MH रिएक्टरको कार्यसम्पादनलाई सर्पिल कुण्डल ताप एक्सचेन्जरको प्रयोगले अझ सुधारिएको छ किनभने यसको सिधा ट्यूबहरूको तुलनामा सुधारिएको ताप स्थानान्तरणको कारणले गर्दा।यो किनभने माध्यमिक चक्रले रिएक्टर25 बाट गर्मीलाई राम्रोसँग हटाउन सक्छ।थप रूपमा, सर्पिल ट्यूबहरूले MH तहबाट शीतलकमा तातो स्थानान्तरणको लागि ठूलो सतह क्षेत्र प्रदान गर्दछ।जब यो विधि रिएक्टर भित्र प्रस्तुत गरिएको छ, गर्मी विनिमय ट्यूब को वितरण पनि अधिक समान छ।वाङ एट अल।34 ले MH रिएक्टरमा हेलिकल कोइल थपेर हाइड्रोजन अपटेक अवधिको प्रभावको अध्ययन गर्यो।तिनीहरूका नतिजाहरूले देखाउँछन् कि शीतलकको ताप स्थानान्तरण गुणांक बढ्दै जाँदा, अवशोषण समय घट्छ।Wu et al।25 ले Mg2Ni आधारित MH रिएक्टरहरू र कुण्डलित कुण्डल ताप एक्सचेन्जरहरूको प्रदर्शनको अनुसन्धान गर्यो।तिनीहरूको संख्यात्मक अध्ययनले प्रतिक्रिया समयमा कमी देखाएको छ।MN रिएक्टरमा तातो स्थानान्तरण संयन्त्रको सुधार स्क्रू पिच र स्क्रू पिच र एक आयामरहित स्क्रू पिचको सानो अनुपातमा आधारित छ।Mellouli et al.21 को एक प्रयोगात्मक अध्ययनले आन्तरिक ताप एक्सचेन्जरको रूपमा कुण्डलित कुण्डल प्रयोग गरेर एचटीएफ सुरु हुने तापक्रमले हाइड्रोजन अपटेक र डिसोर्प्शन समय सुधार गर्नमा महत्त्वपूर्ण प्रभाव पारेको देखाएको छ।विभिन्न आन्तरिक ताप एक्सचेंजरहरूको संयोजन धेरै अध्ययनहरूमा गरिएको छ।ईसापुर आदि।35 ले हाइड्रोजन अवशोषण प्रक्रिया सुधार गर्न केन्द्रीय रिटर्न ट्यूबको साथ सर्पिल कुण्डल ताप एक्सचेन्जर प्रयोग गरेर हाइड्रोजन भण्डारणको अध्ययन गर्यो।तिनीहरूको नतिजाले देखाएको छ कि सर्पिल ट्यूब र केन्द्रीय रिटर्न ट्यूबले शीतलक र एमजी बीचको गर्मी स्थानान्तरणलाई उल्लेखनीय रूपमा सुधार गर्दछ।सर्पिल ट्यूबको सानो पिच र ठूलो व्यासले गर्मी र जन स्थानान्तरणको दर बढाउँछ।Ardahai et al।36 ले रिएक्टर भित्र तातो स्थानान्तरण सुधार गर्न ताप एक्सचेंजरको रूपमा फ्ल्याट सर्पिल ट्यूबहरू प्रयोग गर्यो।तिनीहरूले रिपोर्ट गरे कि समतल सर्पिल ट्यूब प्लेनहरूको संख्या बढाएर अवशोषण अवधि घटाइएको थियो।विभिन्न आन्तरिक ताप एक्सचेंजरहरूको संयोजन धेरै अध्ययनहरूमा गरिएको छ।धौ आदि।37 ले कुण्डलित कुण्डल ताप एक्सचेन्जर र पखेटा प्रयोग गरेर MH को प्रदर्शन सुधार गर्यो।तिनीहरूको नतिजाहरूले देखाउँदछ कि यस विधिले पखेटा बिनाको केसको तुलनामा 2 को कारकले हाइड्रोजन भर्ने समय घटाउँछ।कुंडलाकार पंखहरू कूलिङ ट्युबहरूसँग जोडिन्छन् र MN रिएक्टरमा बनाइन्छ।यस अध्ययनको नतिजाले देखाउँछ कि यो संयुक्त विधिले पखेटा बिना MH रिएक्टरको तुलनामा अधिक समान ताप स्थानान्तरण प्रदान गर्दछ।यद्यपि, विभिन्न ताप एक्सचेंजरहरू संयोजन गर्दा MH रिएक्टरको वजन र भोल्युममा नकारात्मक असर पर्छ।Wu et al.18 ले विभिन्न ताप एक्सचेंजर कन्फिगरेसनहरू तुलना गर्यो।यसमा सीधा ट्युबहरू, पखेटाहरू र सर्पिल कुण्डलहरू समावेश छन्।लेखकहरूले रिपोर्ट गर्छन् कि सर्पिल कोइलले गर्मी र जन स्थानान्तरणमा उत्कृष्ट सुधारहरू प्रदान गर्दछ।थप रूपमा, सीधा ट्यूबहरू, कुण्डलित ट्यूबहरू, र कुण्डलित ट्यूबहरूसँग जोडिएका सीधा ट्यूबहरूको तुलनामा, डबल कुण्डले ताप स्थानान्तरण सुधार गर्न राम्रो प्रभाव पार्छ।शेखर एट अल द्वारा एक अध्ययन।40 ले देखाएको छ कि हाइड्रोजन अपटेकमा समान सुधार आन्तरिक ताप एक्सचेन्जरको रूपमा सर्पिल कुण्डल र फिन गरिएको बाह्य कूलिंग ज्याकेटको प्रयोग गरेर हासिल गरिएको थियो।
माथि उल्लेखित उदाहरणहरू मध्ये, सर्पिल कुण्डलहरूको आन्तरिक ताप एक्सचेंजरहरूको रूपमा प्रयोगले अन्य ताप एक्सचेंजरहरू, विशेष गरी सीधा ट्युबहरू र पखेटाहरू भन्दा राम्रो ताप र मास ट्रान्सफर सुधारहरू प्रदान गर्दछ।तसर्थ, यस अध्ययनको उद्देश्य गर्मी स्थानान्तरण कार्यसम्पादन सुधार गर्न सर्पिल कुण्डललाई थप विकास गर्नु थियो।पहिलो पटक, परम्परागत MH भण्डारण हेलिकल कोइलमा आधारित नयाँ अर्ध-सिलिन्ड्रिकल कुण्डल विकास गरिएको छ।यस अध्ययनले MH बेड र HTF ट्यूबहरूको स्थिर मात्राद्वारा प्रदान गरिएको राम्रो ताप स्थानान्तरण क्षेत्र लेआउटको साथ नयाँ ताप एक्सचेंजर डिजाइनलाई विचार गरेर हाइड्रोजन भण्डारण कार्यसम्पादनमा सुधार गर्ने अपेक्षा गरिएको छ।यस नयाँ ताप एक्सचेन्जरको भण्डारण कार्यसम्पादनलाई विभिन्न कुण्डली पिचहरूमा आधारित पारम्परिक सर्पिल कुण्डल ताप एक्सचेंजरहरूसँग तुलना गरिएको थियो।अवस्थित साहित्यका अनुसार, सञ्चालन अवस्था र कुण्डलहरूको स्पेसिङ MH रिएक्टरहरूको प्रदर्शनलाई असर गर्ने मुख्य कारकहरू हुन्।यस नयाँ ताप एक्सचेन्जरको डिजाइनलाई अनुकूलन गर्न, हाइड्रोजन अपटेक समय र MH भोल्युममा कुण्डल स्पेसिङको प्रभाव जाँच गरियो।थप रूपमा, नयाँ हेमी-सिलिन्ड्रिकल कुण्डलहरू र सञ्चालन अवस्थाहरू बीचको सम्बन्ध बुझ्नको लागि, यस अध्ययनको माध्यमिक लक्ष्य विभिन्न अपरेटिङ प्यारामिटर दायराहरू अनुसार रिएक्टरका विशेषताहरू अध्ययन गर्नु र प्रत्येक सञ्चालनका लागि उपयुक्त मानहरू निर्धारण गर्नु थियो। मोड।प्यारामिटर।
यस अध्ययनमा हाइड्रोजन उर्जा भण्डारण यन्त्रको कार्यसम्पादन दुई ताप एक्सचेन्जर कन्फिगरेसनहरू (केसमा १ देखि ३ मा सर्पिल ट्युबहरू र ४ देखि ६ सम्ममा सेमी-सिलिन्ड्रिकल ट्यूबहरू सहित) र अपरेटिङ प्यारामिटरहरूको संवेदनशीलता विश्लेषणको आधारमा अनुसन्धान गरिएको छ।MH रिएक्टरको सञ्चालन क्षमता पहिलो पटक ताप एक्सचेंजरको रूपमा सर्पिल ट्यूब प्रयोग गरेर परीक्षण गरिएको थियो।शीतलक तेल पाइप र MH रिएक्टर पोत दुवै स्टेनलेस स्टील बनेको छ।यो ध्यान दिनुपर्छ कि MG रिएक्टरको आयाम र GTF पाइपहरूको व्यास सबै अवस्थामा स्थिर थियो, जबकि GTF को चरण आकारहरू भिन्न थिए।यस खण्डले HTF कुण्डलको पिच साइजको प्रभावलाई विश्लेषण गर्दछ।रिएक्टरको उचाइ र बाहिरी व्यास क्रमशः 110 मिमी र 156 मिमी थियो।तातो-सञ्चालन तेल पाइप को व्यास 6mm मा सेट गरिएको छ।सर्पिल ट्यूबहरू र दुई अर्ध-सिलिन्ड्रिकल ट्यूबहरू सहित MH रिएक्टर सर्किट रेखाचित्रमा विवरणहरूको लागि पूरक खण्ड हेर्नुहोस्।
अंजीर मा।1a ले MH सर्पिल ट्यूब रिएक्टर र यसको आयामहरू देखाउँछ।सबै ज्यामितीय मापदण्डहरू तालिकामा दिइएको छ।1. हेलिक्सको कुल भोल्युम र ZG को भोल्युम क्रमशः लगभग 100 cm3 र 2000 cm3 छ।यस MH रिएक्टरबाट, HTF को रूपमा हावा तलबाट सर्पिल ट्यूब मार्फत छिद्रपूर्ण MH रिएक्टरमा खुवाइयो, र रिएक्टरको माथिल्लो सतहबाट हाइड्रोजन ल्याइयो।
धातु हाइड्राइड रिएक्टरहरूको लागि चयन गरिएको ज्यामितिहरूको विशेषता।a) सर्पिल-ट्युबुलर हीट एक्सचेन्जरको साथ, b) अर्ध-सिलिन्ड्रिकल ट्यूबलर ताप एक्सचेन्जरको साथ।
दोस्रो भागले तातो एक्सचेंजरको रूपमा अर्ध-सिलिन्ड्रिकल ट्यूबमा आधारित MH रिएक्टरको सञ्चालनको जाँच गर्दछ।अंजीर मा।1b ले MN रिएक्टरलाई दुई अर्ध बेलनाकार ट्यूबहरू र तिनीहरूको आयामहरू देखाउँछ।तालिका 1 ले अर्ध-सिलिन्ड्रिकल पाइपहरूको सबै ज्यामितीय मापदण्डहरू सूचीबद्ध गर्दछ, जुन तिनीहरू बीचको दूरी बाहेक स्थिर रहन्छ।यो ध्यान दिनुपर्छ कि केस 4 मा अर्ध-सिलिन्ड्रिकल ट्यूब एचटीएफ ट्यूब र कुण्डलित ट्यूब (विकल्प 3) मा MH मिश्र धातु को एक स्थिर मात्रा संग डिजाइन गरिएको थियो।अंजीर को लागी।1b, हावा पनि दुई अर्ध बेलनाकार HTF ट्यूबको तलबाट प्रस्तुत गरिएको थियो, र हाइड्रोजन MH रिएक्टरको विपरीत दिशाबाट प्रस्तुत गरिएको थियो।
ताप एक्सचेंजरको नयाँ डिजाइनको कारण, यस खण्डको उद्देश्य SCHE सँग संयोजनमा MH रिएक्टरको अपरेटिङ प्यारामिटरहरूको लागि उपयुक्त प्रारम्भिक मानहरू निर्धारण गर्नु हो।सबै अवस्थामा, हावा रिएक्टरबाट तातो हटाउन शीतलकको रूपमा प्रयोग गरिएको थियो।ताप स्थानान्तरण तेलहरू मध्ये, कम लागत र कम वातावरणीय प्रभावको कारण MH रिएक्टरहरूको लागि ताप स्थानान्तरण तेलको रूपमा हावा र पानीलाई सामान्यतया छनोट गरिन्छ।म्याग्नेसियम-आधारित मिश्रहरूको उच्च परिचालन तापमान दायराको कारण, यस अध्ययनमा हावालाई शीतलकको रूपमा रोजिएको थियो।थप रूपमा, यसमा अन्य तरल धातुहरू र पग्लिएको लवणहरू भन्दा राम्रो प्रवाह विशेषताहरू छन्।तालिका 2 ले 573 K मा हावाको गुणहरू सूचीबद्ध गर्दछ। यस खण्डमा संवेदनशीलता विश्लेषणको लागि, MH-SCHE कार्यसम्पादन विकल्पहरूको मात्र उत्तम कन्फिगरेसनहरू (मामिलाहरू 4 देखि 6 सम्म) लागू गरिन्छ।यस खण्डका अनुमानहरू MH रिएक्टरको प्रारम्भिक तापक्रम, हाइड्रोजन लोडिङ चाप, HTF इनलेट तापक्रम, र HTF दर परिवर्तन गरेर गणना गरिएको रेनोल्ड्स नम्बर सहित विभिन्न अपरेटिङ प्यारामिटरहरूमा आधारित छन्।तालिका 3 ले संवेदनशीलता विश्लेषणको लागि प्रयोग गरिएका सबै अपरेटिङ प्यारामिटरहरू समावेश गर्दछ।
यस खण्डले हाइड्रोजन अवशोषण, अशान्ति र शीतलकहरूको ताप स्थानान्तरणको प्रक्रियाको लागि सबै आवश्यक नियन्त्रण समीकरणहरू वर्णन गर्दछ।
हाइड्रोजन अपटेक प्रतिक्रियाको समाधानलाई सरल बनाउन, निम्न मान्यताहरू बनाइन्छ र प्रदान गरिन्छ;
अवशोषणको समयमा, हाइड्रोजन र धातु हाइड्राइडहरूको थर्मोफिजिकल गुणहरू स्थिर हुन्छन्।
हाइड्रोजन एक आदर्श ग्याँस मानिन्छ, त्यसैले स्थानीय थर्मल सन्तुलन अवस्था 43,44 खातामा लिइन्छ।
जहाँ \({L}_{gas}\) ट्याङ्कीको त्रिज्या हो, र \({L}_{heat}\) ट्याङ्कीको अक्षीय उचाइ हो।जब N 0.0146 भन्दा कम हुन्छ, ट्यांकमा हाइड्रोजन प्रवाहलाई महत्त्वपूर्ण त्रुटि बिना सिमुलेशनमा बेवास्ता गर्न सकिन्छ।हालको अनुसन्धान अनुसार एन ०.१ भन्दा धेरै कम छ।त्यसैले, दबाव ढाल प्रभाव बेवास्ता गर्न सकिन्छ।
रिएक्टरका पर्खालहरू सबै अवस्थामा राम्ररी इन्सुलेटेड थिए।त्यसैले, रिएक्टर र वातावरण बीच कुनै गर्मी विनिमय 47 छैन।
यो राम्रोसँग थाहा छ कि Mg-आधारित मिश्रहरूमा राम्रो हाइड्रोजनीकरण विशेषताहरू र 7.6 wt% 8 सम्म उच्च हाइड्रोजन भण्डारण क्षमता छ।ठोस अवस्था हाइड्रोजन भण्डारण अनुप्रयोगहरूको सन्दर्भमा, यी मिश्रहरूलाई हल्का वजन सामग्रीको रूपमा पनि चिनिन्छ।थप रूपमा, तिनीहरूसँग उत्कृष्ट गर्मी प्रतिरोध र राम्रो प्रक्रिया क्षमता8 छ।धेरै Mg-आधारित मिश्र धातुहरू मध्ये, Mg2Ni-आधारित MgNi मिश्र धातु MH भण्डारणको लागि सबैभन्दा उपयुक्त विकल्पहरू मध्ये एक हो किनभने यसको हाइड्रोजन भण्डारण क्षमता 6 wt% सम्म छ।Mg2Ni मिश्र धातुहरूले MgH48 मिश्र धातुको तुलनामा छिटो सोखन र desorption काइनेटिक्स पनि प्रदान गर्दछ।तसर्थ, Mg2Ni यस अध्ययनमा धातु हाइड्राइड सामग्रीको रूपमा छनौट गरिएको थियो।
हाइड्रोजन र Mg2Ni हाइड्राइड बीचको ताप सन्तुलनमा आधारित ऊर्जा समीकरण 25 को रूपमा व्यक्त गरिएको छ:
X धातुको सतहमा अवशोषित हाइड्रोजनको मात्रा हो, एकाइ \(वजन\%\), काइनेटिक समीकरण \(\frac{dX}{dt}\) बाट निम्नानुसार अवशोषणको क्रममा गणना गरिन्छ।
जहाँ \({C}_{a}\) प्रतिक्रिया दर हो र \({E}_{a}\) सक्रियता ऊर्जा हो।\({P}_{a,eq}\) अवशोषण प्रक्रियाको क्रममा धातु हाइड्राइड रिएक्टर भित्रको सन्तुलनको दबाब हो, जुन भ्यान्ट होफ समीकरणद्वारा निम्नानुसार दिइएको छ:
जहाँ \({P}_{ref}\) ०.१ MPa को सन्दर्भ दबाव हो।\(\Delta H\) र \(\Delta S\) क्रमशः प्रतिक्रियाको एन्थाल्पी र एन्ट्रोपी हुन्।मिश्र धातु Mg2Ni र हाइड्रोजन को गुण तालिका मा प्रस्तुत गरिएको छ।4. नामित सूची पूरक खण्डमा फेला पार्न सकिन्छ।
तरल प्रवाहलाई अशान्त मानिन्छ किनभने यसको वेग र रेनोल्ड्स नम्बर (Re) क्रमशः 78.75 ms-1 र 14000 छन्।यस अध्ययनमा, एक प्राप्य k-ε टर्ब्युलेन्स मोडेल छनोट गरिएको थियो।यो नोट गरिएको छ कि यो विधिले अन्य k-ε विधिहरूको तुलनामा उच्च सटीकता प्रदान गर्दछ, र RNG k-ε50,51 विधिहरू भन्दा कम गणना समय चाहिन्छ।ताप स्थानान्तरण तरल पदार्थहरूको लागि आधारभूत समीकरणहरूमा विवरणहरूको लागि पूरक खण्ड हेर्नुहोस्।
प्रारम्भमा, MN रिएक्टरमा तापमान व्यवस्था एकसमान थियो, र औसत हाइड्रोजन एकाग्रता 0.043 थियो।MH रिएक्टरको बाहिरी सिमाना राम्रोसँग इन्सुलेट गरिएको मानिन्छ।म्याग्नेसियम-आधारित मिश्रहरूलाई सामान्यतया उच्च प्रतिक्रिया अपरेटिङ तापमान चाहिन्छ र रिएक्टरमा हाइड्रोजन भण्डारण गर्न र रिलीज गर्न।Mg2Ni मिश्रलाई अधिकतम अवशोषणको लागि 523-603 K को तापमान दायरा र पूर्ण desorption52 को लागि 573-603 K को तापमान दायरा चाहिन्छ।यद्यपि, Muthukumar et al.53 द्वारा प्रयोगात्मक अध्ययनहरूले देखाए कि हाइड्रोजन भण्डारणको लागि Mg2Ni को अधिकतम भण्डारण क्षमता 573 K को सञ्चालन तापमानमा प्राप्त गर्न सकिन्छ, जुन यसको सैद्धान्तिक क्षमतासँग मेल खान्छ।तसर्थ, यस अध्ययनमा MN रिएक्टरको प्रारम्भिक तापमानको रूपमा 573 K को तापमान छनौट गरिएको थियो।
प्रमाणीकरण र विश्वसनीय परिणामहरूको लागि विभिन्न ग्रिड आकारहरू सिर्जना गर्नुहोस्।अंजीर मा।2 ले चार फरक तत्वहरूबाट हाइड्रोजन अवशोषण प्रक्रियामा चयन गरिएका स्थानहरूमा औसत तापक्रम देखाउँछ।यो ध्यान दिन लायक छ कि समान ज्यामितिको कारणले ग्रिड स्वतन्त्रताको लागि परीक्षण गर्न प्रत्येक कन्फिगरेसनको एउटा मात्र केस चयन गरिएको छ।समान मेसिङ विधि अन्य अवस्थामा लागू गरिन्छ।त्यसकारण, सर्पिल पाइपको लागि विकल्प 1 र अर्ध बेलनाकार पाइपको लागि विकल्प 4 छनौट गर्नुहोस्।अंजीर मा।2a, b ले क्रमशः विकल्प 1 र 4 को लागि रिएक्टरमा औसत तापमान देखाउँछ।तीन चयन गरिएका स्थानहरूले रिएक्टरको माथि, मध्य र तल्लो भागमा ओछ्यान तापक्रमको रूपरेखा प्रतिनिधित्व गर्दछ।चयन गरिएका स्थानहरूमा तापक्रमको रूपरेखाको आधारमा, औसत तापक्रम स्थिर हुन्छ र क्रमशः १ र ४ का लागि तत्व संख्या ४२८,८९१ र ४३०,५९९ मा थोरै परिवर्तन देखाउँछ।तसर्थ, यी ग्रिड साइजहरू थप कम्प्युटेशनल गणनाहरूको लागि छनोट गरियो।विभिन्न सेल साइजहरू र दुवै केसहरूको लागि क्रमिक रूपमा परिष्कृत जालहरूको लागि हाइड्रोजन अवशोषण प्रक्रियाको लागि औसत ओछ्यानको तापक्रममा विस्तृत जानकारी पूरक खण्डमा दिइएको छ।
बिभिन्न ग्रिड नम्बरहरू भएको मेटल हाइड्राइड रिएक्टरमा हाइड्रोजन अवशोषण प्रक्रियामा चयन गरिएका बिन्दुहरूमा ओछ्यानको औसत तापमान।(a) केस 1 को लागि चयन गरिएका स्थानहरूमा औसत तापक्रम र (b) केस 4 को लागि चयन गरिएका स्थानहरूमा औसत तापक्रम।
यस अध्ययनमा Mg-आधारित मेटल हाइड्राइड रिएक्टर मुथुकुमार एट अल.५३ को प्रयोगात्मक नतिजाको आधारमा परीक्षण गरिएको थियो।तिनीहरूको अध्ययनमा, तिनीहरूले स्टेनलेस स्टील ट्यूबहरूमा हाइड्रोजन भण्डारण गर्न Mg2Ni मिश्र धातु प्रयोग गरे।रिएक्टर भित्र तातो स्थानान्तरण सुधार गर्न कपर फिनहरू प्रयोग गरिन्छ।अंजीर मा।3a ले प्रयोगात्मक अध्ययन र यो अध्ययन बीचको अवशोषण प्रक्रिया बेडको औसत तापमानको तुलना देखाउँछ।यस प्रयोगको लागि छनोट गरिएका सञ्चालन सर्तहरू हुन्: एमजी प्रारम्भिक तापमान 573 के र इनलेट दबाव 2 MPa।अंजीरबाट।3a यो स्पष्ट रूपमा देखाउन सकिन्छ कि यो प्रयोगात्मक परिणाम औसत तह तापक्रमको सन्दर्भमा वर्तमानसँग राम्रो सम्झौतामा छ।
मोडेल प्रमाणिकरण।(a) Mg2Ni मेटल हाइड्राइड रिएक्टरको कोड प्रमाणिकरण हालको अध्ययनलाई मुथुकुमार et al.52 को प्रयोगात्मक कार्यसँग तुलना गरेर, र (b) कुमार et al. को हालको अध्ययनसँग तुलना गरेर सर्पिल ट्यूब टर्ब्युलेन्ट फ्लो मोडेलको प्रमाणीकरण। ।अनुसन्धान.५४.
टर्ब्युलेन्स मोडेलको परीक्षण गर्न, यस अध्ययनको नतिजाहरूलाई कुमार एट अल.५४ को प्रयोगात्मक नतिजाहरूसँग तुलना गरिएको थियो जुन छनोट गरिएको टर्ब्युलेन्स मोडेलको शुद्धता पुष्टि गर्नको लागि थियो।कुमार एट अल.५४ ले ट्यूब-इन-पाइप सर्पिल ताप एक्सचेन्जरमा अशान्त प्रवाहको अध्ययन गरे।पानीलाई तातो र चिसो तरल पदार्थको रूपमा विपरित पक्षबाट इन्जेक्सन गरिन्छ।तातो र चिसो तरल तापमान क्रमशः 323 K र 300 K हो।रेनोल्ड्स नम्बरहरू तातो तरल पदार्थहरूको लागि 3100 देखि 5700 सम्म र चिसो तरल पदार्थहरूको लागि 21,000 देखि 35,000 सम्म हुन्छन्।तातो तरल पदार्थको लागि डीन नम्बरहरू 550-1000 र चिसो तरल पदार्थहरूको लागि 3600-6000 छन्।भित्री पाइपको व्यास (तातो तरल पदार्थको लागि) र बाहिरी पाइप (चिसो तरल पदार्थको लागि) क्रमशः ०.०२५४ मिटर र ०.०५०८ मिटर हुन्छ।हेलिकल कुण्डलको व्यास र पिच क्रमशः ०.७६२ मिटर र ०.१०० मिटर छन्।अंजीर मा।3b ले भित्री ट्यूबमा शीतलकको लागि Nusselt र Dean नम्बरहरूको विभिन्न जोडीहरूको लागि प्रयोगात्मक र हालको परिणामहरूको तुलना देखाउँछ।तीन अलग-अलग टर्ब्युलेन्स मोडेलहरू लागू गरियो र प्रयोगात्मक परिणामहरूसँग तुलना गरियो।अंजीर मा देखाइएको छ।3b, प्राप्य k-ε टर्ब्युलेन्स मोडेलको नतिजाहरू प्रयोगात्मक डेटासँग राम्रो सम्झौतामा छन्।त्यसैले, यो मोडेल यस अध्ययनमा छनोट गरिएको थियो।
यस अध्ययनमा संख्यात्मक सिमुलेशनहरू ANSYS Fluent 2020 R2 प्रयोग गरी प्रदर्शन गरिएको थियो।प्रयोगकर्ता-परिभाषित प्रकार्य (UDF) लेख्नुहोस् र अवशोषण प्रक्रियाको गतिविज्ञान गणना गर्न ऊर्जा समीकरणको इनपुट शब्दको रूपमा प्रयोग गर्नुहोस्।PRESTO55 सर्किट र PISO56 विधि दबाब-वेग संचार र दबाव सुधारको लागि प्रयोग गरिन्छ।चर ढाँचाको लागि ग्रीन-गस सेल आधार चयन गर्नुहोस्।गति र ऊर्जा समीकरण दोस्रो-क्रम अपविन्ड विधि द्वारा हल गरिन्छ।अन्डर-रिलेक्सेसन गुणांकहरूको सन्दर्भमा, दबाब, वेग, र ऊर्जा घटकहरू क्रमशः 0.5, 0.7, र 0.7 मा सेट गरिएका छन्।टर्ब्युलेन्स मोडेलमा HTF मा मानक पर्खाल प्रकार्यहरू लागू हुन्छन्।
यस खण्डले हाइड्रोजन अवशोषणको समयमा कुण्डल कुण्डल ताप एक्सचेन्जर (HCHE) र एक हेलिकल कोइल ताप एक्सचेन्जर (SCHE) प्रयोग गरी MH रिएक्टरको सुधारिएको आन्तरिक ताप स्थानान्तरणको संख्यात्मक सिमुलेशनको नतिजा प्रस्तुत गर्दछ।रिएक्टर बेडको तापक्रम र अवशोषणको अवधिमा HTF पिचको प्रभाव विश्लेषण गरिएको थियो।अवशोषण प्रक्रियाको मुख्य अपरेटिङ प्यारामिटरहरू अध्ययन गरिन्छ र संवेदनशीलता विश्लेषण खण्डमा प्रस्तुत गरिन्छ।
MH रिएक्टरमा तातो स्थानान्तरणमा कुण्डल स्पेसिङको प्रभावको अनुसन्धान गर्न, विभिन्न पिचहरूसँग तीन ताप एक्सचेन्जर कन्फिगरेसनहरू अनुसन्धान गरियो।15mm, 12.86mm र 10mm को तीन फरक पिचहरू क्रमशः बडी 1, बडी 2 र बडी 3 निर्दिष्ट गरिएको छ।यो ध्यान दिनुपर्छ कि पाइप व्यास 6 मिमी मा 573 K को प्रारम्भिक तापमान र सबै अवस्थामा 1.8 MPa को लोड दबाव मा निश्चित गरिएको थियो।अंजीर मा।4 ले 1 देखि 3 मा हाइड्रोजन अवशोषण प्रक्रियाको क्रममा MH तहमा औसत ओछ्यानको तापक्रम र हाइड्रोजन एकाग्रता देखाउँदछ। सामान्यतया, धातु हाइड्राइड र हाइड्रोजन बीचको प्रतिक्रिया अवशोषण प्रक्रियामा एक्जोथर्मिक हुन्छ।तसर्थ, हाइड्रोजन पहिलो पटक रिएक्टरमा प्रवेश गर्दा प्रारम्भिक क्षणको कारण बेडको तापक्रम द्रुत रूपमा बढ्छ।ओछ्यानको तापक्रम बढ्दै जान्छ जबसम्म यो अधिकतम मानमा पुग्दैन र त्यसपछि बिस्तारै घट्दै जान्छ किनभने कूलेन्टले तापलाई बाहिर लैजान्छ, जसको तापक्रम कम हुन्छ र शीतलकको रूपमा काम गर्दछ।अंजीर मा देखाइएको छ।4a, अघिल्लो व्याख्याको कारणले, तहको तापमान द्रुत रूपमा बढ्छ र लगातार घट्दै जान्छ।अवशोषण प्रक्रियाको लागि हाइड्रोजन एकाग्रता सामान्यतया MH रिएक्टरको बेडको तापक्रममा आधारित हुन्छ।जब औसत तहको तापक्रम निश्चित तापक्रममा झर्छ, धातुको सतहले हाइड्रोजन अवशोषित गर्छ।यो फिजिसोर्पशन, केमिसोर्पशन, हाइड्रोजनको प्रसार र रिएक्टरमा यसको हाइड्राइड्सको गठनको प्रक्रियाहरूको प्रवेगको कारण हो।अंजीरबाट।4b यो देख्न सकिन्छ कि केस 3 मा हाइड्रोजन अवशोषणको दर कुण्डल ताप एक्सचेन्जरको सानो चरण मानको कारण अन्य अवस्थामा भन्दा कम छ।यसले HTF पाइपहरूको लागि लामो समग्र पाइप लम्बाइ र ठूलो तातो स्थानान्तरण क्षेत्रको परिणाम दिन्छ।90% को औसत हाइड्रोजन एकाग्रता संग, केस 1 को लागि अवशोषण समय 46,276 सेकेन्ड हो।केस 1 मा अवशोषणको अवधिको तुलनामा, केस 2 र 3 मा अवशोषणको अवधि क्रमशः 724 s र 1263 s ले घटेको थियो।पूरक खण्डले HCHE-MH तहमा चयन गरिएका स्थानहरूका लागि तापक्रम र हाइड्रोजन सांद्रताको रूपरेखा प्रस्तुत गर्दछ।
औसत तह तापक्रम र हाइड्रोजन एकाग्रतामा कुण्डलहरू बीचको दूरीको प्रभाव।(a) हेलिकल कुण्डलहरूको लागि ओछ्यानको औसत तापक्रम, (b) हेलिकल कुण्डलहरूको लागि हाइड्रोजन सांद्रता, (c) हेमी-सिलिन्ड्रिकल कुंडलहरूको लागि औसत ओछ्यानको तापक्रम, र (d) हेमी-सिलिन्ड्रिकल कुंडलहरूको लागि हाइड्रोजन सांद्रता।
MG रिएक्टरको तातो स्थानान्तरण विशेषताहरू सुधार गर्न, दुई HFC हरू MG (2000 cm3) को स्थिर भोल्युम र विकल्प 3 को एक सर्पिल ताप एक्सचेन्जर (100 cm3) को लागि डिजाइन गरिएको थियो। यस खण्डले बीचको दूरीको प्रभावलाई पनि विचार गर्दछ। केस 4 को लागि 15 एमएम, केस 5 को लागी 12.86 एमएम र केस 6 को लागी 10 एमएम को कुण्डल। अंजीर मा।4c,d ले 573 K को प्रारम्भिक तापक्रम र 1.8 MPa को लोडिङ दबाबमा हाइड्रोजन अवशोषण प्रक्रियाको औसत ओछ्यानको तापमान र एकाग्रता देखाउँछ।Fig. 4c मा रहेको औसत तह तापक्रम अनुसार, केस 6 मा कुण्डलहरू बीचको सानो दूरीले अन्य दुई केसहरूको तुलनामा तापक्रमलाई उल्लेखनीय रूपमा घटाउँछ।केस 6 को लागि, तल्लो ओछ्यानको तापक्रमले उच्च हाइड्रोजन एकाग्रतामा परिणाम दिन्छ (चित्र 4d हेर्नुहोस्)।भेरियन्ट 4 को लागि हाइड्रोजन अपटेक समय 19542 s हो, जुन HCH प्रयोग गरी 1-3 भेरिएन्टको तुलनामा 2 गुणा कम छ।थप रूपमा, केस 4 को तुलनामा, अवशोषण समय पनि 378 s र 1515 s ले घटाइएको थियो 5 र 6 कम दूरीको साथ।पूरक खण्डले SCHE-MH तहमा चयन गरिएका स्थानहरूको लागि तापक्रम र हाइड्रोजन एकाग्रता रूपरेखा प्रस्तुत गर्दछ।
दुईवटा ताप एक्सचेन्जर कन्फिगरेसनहरूको कार्यसम्पादन अध्ययन गर्न, यो खण्डले तीनवटा चयन गरिएका स्थानहरूमा तापक्रम वक्रहरू बनाउँछ र प्रस्तुत गर्दछ।केस 3 बाट HCHE भएको MH रिएक्टरलाई केस 4 मा SCHE भएको MH रिएक्टरसँग तुलनाको लागि छनोट गरिएको थियो किनभने यसमा स्थिर MH भोल्युम र पाइप भोल्युम हुन्छ।यस तुलनाको लागि सञ्चालन सर्तहरू 573 K को प्रारम्भिक तापमान र 1.8 MPa को लोडिङ दबाव थियो।अंजीर मा।5a र 5b ले क्रमशः 3 र 4 मा तापमान प्रोफाइलहरूको सबै तीन चयन गरिएका स्थानहरू देखाउँदछ।अंजीर मा।5c ले 20,000 s हाइड्रोजन अपटेक पछि तापमान प्रोफाइल र तह एकाग्रता देखाउँछ।चित्र 5c मा लाइन 1 अनुसार, कूलेन्टको संवहनात्मक ताप स्थानान्तरणको कारण विकल्प 3 र 4 बाट TTF वरपरको तापक्रम घट्छ।यसले यस क्षेत्रको वरिपरि हाइड्रोजनको उच्च एकाग्रतामा परिणाम दिन्छ।यद्यपि, दुई SCHEs को प्रयोगले उच्च तह एकाग्रतामा परिणाम दिन्छ।HTF क्षेत्र वरिपरि छिटो गतिज प्रतिक्रियाहरू 4 मा फेला पर्यो। साथै, यस क्षेत्रमा 100% को अधिकतम एकाग्रता पनि फेला पर्यो।रिएक्टरको बीचमा अवस्थित लाइन 2 बाट, केस 4 को तापक्रम रिएक्टरको केन्द्र बाहेक सबै ठाउँहरूमा केस 3 को तापक्रम भन्दा उल्लेखनीय रूपमा कम छ।यसले HTF बाट टाढा रिएक्टरको केन्द्र नजिकको क्षेत्र बाहेक केस 4 को लागि अधिकतम हाइड्रोजन एकाग्रतामा परिणाम दिन्छ।यद्यपि, केस 3 को एकाग्रता धेरै परिवर्तन भएन।तहको तापमान र एकाग्रतामा ठूलो भिन्नता GTS को प्रवेशद्वार नजिकै लाइन 3 मा देखियो।केस 4 मा लेयरको तापक्रम उल्लेखनीय रूपमा घट्यो, जसको परिणामस्वरूप यस क्षेत्रमा उच्चतम हाइड्रोजन एकाग्रता भयो, जबकि केस 3 मा एकाग्रता रेखा अझै अस्थिर थियो।यो SCHE गर्मी स्थानान्तरण को प्रवेग को कारण हो।केस 3 र केस 4 बीचको MH तह र HTF पाइपको औसत तापक्रमको तुलनाको विवरण र छलफल पूरक खण्डमा प्रदान गरिएको छ।
मेटल हाइड्राइड रिएक्टरमा चयनित स्थानहरूमा तापमान प्रोफाइल र ओछ्यान एकाग्रता।(a) केस 3 को लागि चयन गरिएका स्थानहरू, (b) केस 4 को लागि चयन गरिएका स्थानहरू, र (c) 3 र 4 मा हाइड्रोजन अपटेक प्रक्रियाको लागि 20,000 s पछि चयन गरिएका स्थानहरूमा तापमान प्रोफाइल र तह एकाग्रता।
अंजीर मा।चित्र 6 ले HCH र SHE को अवशोषणको लागि औसत ओछ्यानको तापक्रम (चित्र 6a हेर्नुहोस्) र हाइड्रोजन एकाग्रता (चित्र 6b हेर्नुहोस्) को तुलना देखाउँछ।यो आंकडाबाट देख्न सकिन्छ कि MG तहको तापक्रम ताप विनिमय क्षेत्रको वृद्धिको कारणले उल्लेखनीय रूपमा घट्छ।रिएक्टरबाट बढी गर्मी हटाउनाले उच्च हाइड्रोजन अपटेक दरमा परिणाम दिन्छ।यद्यपि विकल्प 3 को रूपमा HCHE प्रयोग गर्नुको तुलनामा दुई ताप एक्सचेन्जर कन्फिगरेसनहरूमा समान मात्राहरू छन्, विकल्प 4 मा आधारित SCHE को हाइड्रोजन अपटेक समय उल्लेखनीय रूपमा 59% ले घटाइएको थियो।थप विस्तृत विश्लेषणको लागि, दुईवटा ताप एक्सचेन्जर कन्फिगरेसनहरूको लागि हाइड्रोजन सांद्रता चित्र 7 मा आइसोलाइनको रूपमा देखाइएको छ। यो आंकडाले देखाउँछ कि दुवै अवस्थामा, हाइड्रोजन HTF इनलेटको वरिपरि तलबाट अवशोषित हुन थाल्छ।उच्च सांद्रता HTF क्षेत्रमा फेला पर्यो, जबकि कम एकाग्रता MH रिएक्टर को केन्द्र मा यसको तातो एक्सचेन्जर देखि दूरी को कारण देखियो।10,000 s पछि, केस 4 मा हाइड्रोजन सांद्रता केस 3 को तुलनामा उल्लेखनीय रूपमा बढी हुन्छ। 20,000 सेकेन्ड पछि, रिएक्टरमा औसत हाइड्रोजन एकाग्रता केस 3 मा 50% हाइड्रोजनको तुलनामा 4 मा 90% मा बढेको छ। यो कारण हुन सक्छ। दुई SCHE को संयोजनको उच्च प्रभावकारी शीतलन क्षमतामा, परिणामस्वरूप MH तह भित्रको तापक्रम कम हुन्छ।फलस्वरूप, अधिक सन्तुलन दबाव MG तह भित्र पर्छ, जसले हाइड्रोजनको द्रुत अवशोषणमा जान्छ।
केस 3 र केस 4 औसत ओछ्यानको तापक्रम र दुई ताप एक्सचेंजर कन्फिगरेसनहरू बीच हाइड्रोजन एकाग्रताको तुलना।
3 र केस 4 मा हाइड्रोजन अवशोषण प्रक्रिया सुरु भएपछि 500, 2000, 5000, 10000 र 20000 s पछिको हाइड्रोजन एकाग्रताको तुलना।
तालिका 5 ले सबै केसहरूको लागि हाइड्रोजन अपटेकको अवधिलाई संक्षेप गर्दछ।थप रूपमा, तालिकाले हाइड्रोजनको अवशोषणको समय पनि देखाउँदछ, प्रतिशतको रूपमा व्यक्त गरिएको।यो प्रतिशत केस १ को अवशोषण समयको आधारमा गणना गरिन्छ। यस तालिकाबाट, HCHE प्रयोग गर्ने MH रिएक्टरको अवशोषण समय लगभग 45,000 देखि 46,000 s हुन्छ, र SCHE सहित अवशोषण समय लगभग 18,000 देखि 19,000 s हुन्छ।केस १ को तुलनामा, केस २ र केस ३ मा अवशोषण समय क्रमशः १.६% र २.७% ले घटेको थियो।HCHE को सट्टा SCHE प्रयोग गर्दा, अवशोषण समय केस 4 बाट केस 6 मा, 58% बाट 61% मा उल्लेखनीय रूपमा घटाइएको थियो।यो स्पष्ट छ कि MH रिएक्टरमा SCHE थप्दा हाइड्रोजन अवशोषण प्रक्रिया र MH रिएक्टरको कार्यसम्पादनमा धेरै सुधार हुन्छ।यद्यपि MH रिएक्टर भित्र ताप एक्सचेन्जरको स्थापनाले भण्डारण क्षमता घटाउँछ, यो प्रविधिले अन्य प्रविधिहरूको तुलनामा ताप स्थानान्तरणमा उल्लेखनीय सुधार प्रदान गर्दछ।साथै, पिच मान घटाउँदा SCHE को भोल्युम बढ्छ, परिणामस्वरूप MH को भोल्युममा कमी आउँछ।उच्चतम SCHE भोल्युम भएको केस 6 मा, सबैभन्दा कम HCHE भोल्युम भएको केस 1 को तुलनामा MH भोल्युमेट्रिक क्षमता मात्र 5% ले घटेको थियो।थप रूपमा, अवशोषणको समयमा, केस 6 ले अवशोषण समयमा 61% कमीको साथ छिटो र राम्रो प्रदर्शन देखायो।त्यसैले केस 6 संवेदनशीलता विश्लेषणमा थप अनुसन्धानको लागि छनोट गरियो।यो ध्यान दिनुपर्छ कि लामो हाइड्रोजन अपटेक समय लगभग 2000 cm3 को MH भोल्युम भएको भण्डारण ट्याङ्कीसँग सम्बन्धित छ।
प्रतिक्रियाको समयमा सञ्चालन प्यारामिटरहरू महत्त्वपूर्ण कारकहरू हुन् जसले सकारात्मक वा नकारात्मक रूपमा वास्तविक परिस्थितिहरूमा MH रिएक्टरको प्रदर्शनलाई असर गर्छ।यस अध्ययनले SCHE सँग संयोजनमा MH रिएक्टरको लागि उपयुक्त प्रारम्भिक अपरेटिङ प्यारामिटरहरू निर्धारण गर्न संवेदनशीलता विश्लेषणलाई विचार गर्दछ, र यो खण्डले केस 6 मा इष्टतम रिएक्टर कन्फिगरेसनमा आधारित चार मुख्य अपरेटिङ प्यारामिटरहरूको अनुसन्धान गर्दछ। सबै सञ्चालन अवस्थाहरूको नतिजाहरू मा देखाइएको छ। चित्र ८।
अर्ध बेलनाकार कुण्डलको साथ ताप एक्सचेन्जर प्रयोग गर्दा विभिन्न अपरेटिङ अवस्थाहरूमा हाइड्रोजन एकाग्रताको ग्राफ।(a) लोडिङ प्रेशर, (b) प्रारम्भिक बेडको तापक्रम, (c) कूलेन्ट रेनोल्ड्स नम्बर, र (d) कूलेन्ट इनलेट तापमान।
573 K को स्थिर प्रारम्भिक तापक्रम र 14,000 को रेनोल्ड्स नम्बरको साथ शीतलक प्रवाह दरको आधारमा, चार फरक लोडिङ दबाबहरू चयन गरिएका थिए: 1.2 MPa, 1.8 MPa, 2.4 MPa, र 3.0 MPa।अंजीर मा।8a ले समयसँगै हाइड्रोजन एकाग्रतामा लोडिङ प्रेशर र SCHE को प्रभाव देखाउँछ।बढ्दो लोडिंग दबाब संग अवशोषण समय घट्छ।हाइड्रोजन अवशोषण प्रक्रियाको लागि 1.2 MPa को लागू गरिएको हाइड्रोजन दबाब प्रयोग गर्नु सबैभन्दा खराब अवस्था हो, र 90% हाइड्रोजन अवशोषण प्राप्त गर्न अवशोषण अवधि 26,000 s भन्दा बढी हुन्छ।यद्यपि, उच्च लोडिङ दबाबले 1.8 देखि 3.0 MPa सम्म अवशोषण समय 32-42% घट्यो।यो हाइड्रोजनको उच्च प्रारम्भिक दबाबको कारण हो, जसले सन्तुलन दबाव र लागू दबाब बीच ठूलो भिन्नताको परिणाम दिन्छ।त्यसकारण, यसले हाइड्रोजन अपटेक गतिविज्ञानको लागि ठूलो ड्राइभिङ फोर्स सिर्जना गर्दछ।प्रारम्भिक क्षणमा, हाइड्रोजन ग्यास द्रुत रूपमा अवशोषित हुन्छ सन्तुलन दबाव र लागू गरिएको दबाव बीचको ठूलो भिन्नताले गर्दा।3.0 MPa को लोडिंग दबाबमा, पहिलो 10 सेकेन्डमा 18% हाइड्रोजन द्रुत रूपमा जम्मा भयो।15460 s को लागि अन्तिम चरणमा 90% रिएक्टरहरूमा हाइड्रोजन भण्डारण गरिएको थियो।यद्यपि, 1.2 देखि 1.8 MPa को लोडिङ दबाबमा, अवशोषण समय उल्लेखनीय रूपमा 32% द्वारा घटाइएको थियो।अन्य उच्च दबाबहरूले अवशोषण समय सुधार गर्न कम प्रभाव पारेको थियो।त्यसैले, MH-SCHE रिएक्टरको लोडिङ प्रेशर १.८ MPa हुन सिफारिस गरिन्छ।पूरक खण्डले 15500 s मा विभिन्न लोडिंग दबाबहरूको लागि हाइड्रोजन एकाग्रता रूपरेखा देखाउँछ।
MH रिएक्टरको उपयुक्त प्रारम्भिक तापमानको छनोट हाइड्रोजन शोषण प्रक्रियालाई असर गर्ने मुख्य कारकहरू मध्ये एक हो, किनकि यसले हाइड्राइड गठन प्रतिक्रियाको चालक शक्तिलाई असर गर्छ।MH रिएक्टरको प्रारम्भिक तापक्रममा SCHE को प्रभाव अध्ययन गर्न, 1.8 MPa को स्थिर लोडिङ दबाब र 14,000 HTF को रेनोल्ड्स संख्यामा चार फरक तापक्रम छनोट गरियो।अंजीर मा।चित्र 8b ले 473K, 523K, 573K, र 623K सहित विभिन्न प्रारम्भिक तापमानहरूको तुलना देखाउँछ।वास्तवमा, जब तापक्रम 230°C वा 503K58 भन्दा माथि हुन्छ, Mg2Ni मिश्र धातुमा हाइड्रोजन अवशोषण प्रक्रियाका लागि प्रभावकारी विशेषताहरू हुन्छन्।यद्यपि, हाइड्रोजन इन्जेक्सनको प्रारम्भिक क्षणमा, तापक्रम द्रुत रूपमा बढ्छ।फलस्वरूप, एमजी तहको तापक्रम ५२३ के. भन्दा बढी हुनेछ। त्यसकारण, बढ्दो अवशोषण दरले गर्दा हाइड्राइडको निर्माण सहज हुन्छ।अंजीरबाट।यो चित्र 8b बाट देख्न सकिन्छ कि MB तहको प्रारम्भिक तापक्रम घट्दा हाइड्रोजन छिटो अवशोषित हुन्छ।प्रारम्भिक तापमान कम हुँदा निम्न सन्तुलन दबाव हुन्छ।सन्तुलन दबाव र लागू गरिएको दबाब बीचको दबावको भिन्नता जति बढी हुन्छ, हाइड्रोजन अवशोषणको प्रक्रिया त्यति नै छिटो हुन्छ।473 K को प्रारम्भिक तापमानमा, हाइड्रोजन पहिलो 18 सेकेन्डमा 27% सम्म द्रुत रूपमा अवशोषित हुन्छ।यसको अतिरिक्त, अवशोषण समय पनि 623 K को प्रारम्भिक तापमानको तुलनामा कम प्रारम्भिक तापमानमा 11% बाट 24% मा घटाइएको थियो। 473 K को न्यूनतम प्रारम्भिक तापमानमा अवशोषण समय 15247 s हो, जुन सबै भन्दा राम्रोसँग मिल्दोजुल्दो छ। केस लोडिंग दबाब, तथापि, प्रारम्भिक तापमान रिएक्टर तापमानमा कमीले हाइड्रोजन भण्डारण क्षमतामा कमी निम्त्याउँछ।MN रिएक्टरको प्रारम्भिक तापमान कम्तिमा 503 K53 हुनुपर्छ।थप रूपमा, 573 K53 को प्रारम्भिक तापमानमा, अधिकतम हाइड्रोजन भण्डारण क्षमता 3.6 wt% प्राप्त गर्न सकिन्छ।हाइड्रोजन भण्डारण क्षमता र अवशोषण अवधिको सन्दर्भमा, 523 र 573 के बीचको तापमानले समयलाई 6% मात्र छोटो पार्छ।तसर्थ, MH-SCHE रिएक्टरको प्रारम्भिक तापमानको रूपमा 573 K को तापक्रम प्रस्ताव गरिएको छ।यद्यपि, अवशोषण प्रक्रियामा प्रारम्भिक तापमानको प्रभाव लोडिंग दबाबको तुलनामा कम महत्त्वपूर्ण थियो।पूरक खण्डले 15500 s मा विभिन्न प्रारम्भिक तापमानहरूको लागि हाइड्रोजन एकाग्रताको रूपरेखा देखाउँछ।
प्रवाह दर हाइड्रोजनेशन र डिहाइड्रोजनेशनको मुख्य मापदण्डहरू मध्ये एक हो किनभने यसले हाइड्रोजनेशन र डिहाइड्रोजनेशनको समयमा टर्ब्युलेन्स र गर्मी हटाउन वा इनपुटलाई असर गर्न सक्छ।उच्च प्रवाह दरले अशान्तिपूर्ण चरणहरू सिर्जना गर्नेछ र परिणाम HTF ट्युबिङ मार्फत द्रुत तरल प्रवाहमा हुनेछ।यो प्रतिक्रिया छिटो गर्मी स्थानान्तरण परिणाम हुनेछ।HTF का लागि विभिन्न प्रविष्टि वेगहरू 10,000, 14,000, 18,000, र 22,000 को रेनोल्ड्स संख्याहरूमा आधारित गणना गरिन्छ।एमजी तहको प्रारम्भिक तापमान 573 K मा र लोडिंग दबाब 1.8 MPa मा तय गरिएको थियो।अंजीर मा परिणाम।8c ले SCHE सँग संयोजनमा उच्च रेनल्ड्स नम्बर प्रयोग गर्दा उच्च अपटेक दरमा परिणामहरू देखाउँछन्।रेनोल्ड्स संख्या १०,००० बाट २२,००० सम्म बढ्दै जाँदा, अवशोषण समय लगभग २८-५०% ले घट्छ।22,000 को रेनोल्ड्स नम्बरमा अवशोषण समय 12,505 सेकेन्ड हो, जुन विभिन्न प्रारम्भिक लोडिंग तापमान र दबाबमा भन्दा कम छ।12500 s मा GTP को लागि विभिन्न Reynolds नम्बरहरूको लागि हाइड्रोजन एकाग्रता रूपरेखा पूरक खण्डमा प्रस्तुत गरिएको छ।
HTF को प्रारम्भिक तापमानमा SCHE को प्रभाव विश्लेषण गरी चित्र 8d मा देखाइएको छ।573 K को प्रारम्भिक MG तापमान र 1.8 MPa को एक हाइड्रोजन लोडिंग दबाबमा, चार प्रारम्भिक तापमानहरू यस विश्लेषणको लागि छनोट गरियो: 373 K, 473 K, 523 K, र 573 K। 8d ले कूलेंटको तापक्रममा कमी देखाउँछ। इनलेटमा अवशोषण समय घटाउँछ।573 K को इनलेट तापमानको साथ आधार केसको तुलनामा, क्रमशः 523 K, 473 K र 373 K को इनलेट तापमानको लागि अवशोषण समय लगभग 20%, 44% र 56% घटाइएको थियो।6917 s मा, GTF को प्रारम्भिक तापमान 373 K छ, रिएक्टरमा हाइड्रोजन एकाग्रता 90% छ।यसलाई एमजी तह र एचसीएस बीचको संवहनी ताप स्थानान्तरणद्वारा व्याख्या गर्न सकिन्छ।तल्लो HTF तापमानले गर्मीको अपव्यय बढाउँछ र परिणामस्वरूप हाइड्रोजन अपटेक बढ्छ।सबै अपरेटिङ प्यारामिटरहरू मध्ये, HTF इनलेट तापमान बढाएर MH-SCHE रिएक्टरको प्रदर्शन सुधार गर्ने सबैभन्दा उपयुक्त विधि थियो, किनकि अवशोषण प्रक्रियाको अन्तिम समय 7000 s भन्दा कम थियो, जबकि अन्य विधिहरूको सबैभन्दा छोटो अवशोषण समय बढी थियो। 10000 s भन्दा।GTP को विभिन्न प्रारम्भिक तापमान 7000 s को लागि हाइड्रोजन एकाग्रता रूपरेखा प्रस्तुत गरिन्छ।
यो अध्ययनले पहिलो पटक मेटल हाइड्राइड भण्डारण इकाईमा एकीकृत नयाँ अर्ध-सिलिन्ड्रिकल कुण्डल ताप एक्सचेंजर प्रस्तुत गर्दछ।हाइड्रोजन अवशोषित गर्न प्रस्तावित प्रणालीको क्षमता ताप एक्सचेन्जरको विभिन्न कन्फिगरेसनहरूसँग अनुसन्धान गरिएको थियो।धातु हाइड्राइड तह र शीतलक बीचको ताप विनिमयमा अपरेटिङ प्यारामिटरहरूको प्रभावलाई नयाँ ताप एक्सचेंजर प्रयोग गरेर धातु हाइड्राइडहरू भण्डारण गर्नको लागि इष्टतम अवस्थाहरू फेला पार्नको लागि अनुसन्धान गरिएको थियो।यस अध्ययनका मुख्य निष्कर्षहरू निम्नानुसार संक्षेप गरिएका छन्:
अर्ध-सिलिन्ड्रिकल कुण्डल ताप एक्सचेन्जरको साथ, तातो स्थानान्तरण कार्यसम्पादन सुधारिएको छ किनभने यसमा म्याग्नेसियम तह रिएक्टरमा अधिक समान ताप वितरण हुन्छ, जसले गर्दा राम्रो हाइड्रोजन अवशोषण दर हुन्छ।ताप विनिमय ट्यूब र मेटल हाइड्राइडको भोल्युम अपरिवर्तित रहन्छ भने, अवशोषण प्रतिक्रिया समय परम्परागत कुंडल कुंडल ताप एक्सचेंजरको तुलनामा 59% ले उल्लेखनीय रूपमा कम हुन्छ।
पोस्ट समय: जनवरी-15-2023