Diolch am ymweld â Nature.com.Rydych chi'n defnyddio fersiwn porwr gyda chefnogaeth CSS gyfyngedig.I gael y profiad gorau, rydym yn argymell eich bod yn defnyddio porwr wedi'i ddiweddaru (neu analluogi Modd Cydnawsedd yn Internet Explorer).Yn ogystal, er mwyn sicrhau cefnogaeth barhaus, rydym yn dangos y wefan heb arddulliau a JavaScript.
Yn arddangos carwsél o dri sleid ar unwaith.Defnyddiwch y botymau Blaenorol a Nesaf i symud trwy dri sleid ar y tro, neu defnyddiwch y botymau llithrydd ar y diwedd i symud trwy dri sleid ar y tro.
Cydnabyddir hydridau metel (MH) fel un o'r grwpiau deunydd mwyaf addas ar gyfer storio hydrogen oherwydd eu gallu storio hydrogen mawr, pwysau gweithredu isel a diogelwch uchel.Fodd bynnag, mae eu cineteg defnydd hydrogen swrth yn lleihau perfformiad storio yn fawr.Gallai tynnu gwres yn gyflymach o'r storfa MH chwarae rhan bwysig wrth gynyddu ei gyfradd defnyddio hydrogen, gan arwain at well perfformiad storio.Yn hyn o beth, nod yr astudiaeth hon oedd gwella'r nodweddion trosglwyddo gwres er mwyn dylanwadu'n gadarnhaol ar gyfradd derbyn hydrogen y system storio MH.Cafodd y coil lled-silindraidd newydd ei ddatblygu a'i optimeiddio gyntaf ar gyfer storio hydrogen a'i ymgorffori fel cyfnewidydd aer-fel-gwres mewnol (HTF).Yn seiliedig ar y gwahanol feintiau traw, dadansoddir effaith y cyfluniad cyfnewidydd gwres newydd a'i gymharu â geometreg coil helical confensiynol.Yn ogystal, astudiwyd paramedrau gweithredu storio MG a GTP yn rhifiadol i gael y gwerthoedd gorau posibl.Ar gyfer efelychiad rhifiadol, defnyddir ANSYS Fluent 2020 R2.Mae canlyniadau'r astudiaeth hon yn dangos y gellir gwella perfformiad tanc storio MH yn sylweddol trwy ddefnyddio cyfnewidydd gwres coil lled-silindraidd (SCHE).O'i gymharu â chyfnewidwyr gwres coil troellog confensiynol, mae hyd amsugno hydrogen yn cael ei leihau 59%.Arweiniodd y pellter lleiaf rhwng y coiliau SCHE at ostyngiad o 61% yn yr amser amsugno.O ran paramedrau gweithredu storio MG gan ddefnyddio SHE, mae'r holl baramedrau a ddewiswyd yn arwain at welliant sylweddol yn y broses amsugno hydrogen, yn enwedig y tymheredd yn y fewnfa i'r HTS.
Mae trawsnewid byd-eang o ynni sy'n seiliedig ar danwydd ffosil i ynni adnewyddadwy.Oherwydd bod llawer o fathau o ynni adnewyddadwy yn darparu pŵer mewn modd deinamig, mae angen storio ynni i gydbwyso'r llwyth.Mae storio ynni sy'n seiliedig ar hydrogen wedi denu llawer o sylw at y diben hwn, yn enwedig oherwydd gellir defnyddio hydrogen fel cludwr tanwydd ac ynni amgen "gwyrdd" oherwydd ei briodweddau a'i hygludedd.Yn ogystal, mae hydrogen hefyd yn cynnig cynnwys ynni uwch fesul uned màs o gymharu â thanwydd ffosil2.Mae pedwar prif fath o storio ynni hydrogen: storio nwy cywasgedig, storio tanddaearol, storio hylif, a storio solet.hydrogen cywasgedig yw'r prif fath a ddefnyddir mewn cerbydau celloedd tanwydd fel bysiau a fforch godi.Fodd bynnag, mae'r storfa hon yn darparu dwysedd swmp isel o hydrogen (tua 0.089 kg/m3) ac mae ganddo faterion diogelwch yn gysylltiedig â phwysau gweithredu uchel3.Yn seiliedig ar broses drawsnewid ar dymheredd a gwasgedd amgylchynol isel, bydd y storfa hylif yn storio hydrogen ar ffurf hylif.Fodd bynnag, pan gaiff ei hylifo, caiff tua 40% o'r ynni ei golli.Yn ogystal, gwyddys bod y dechnoleg hon yn defnyddio mwy o ynni a llafur o gymharu â thechnolegau storio cyflwr solet4.Mae storio solet yn opsiwn ymarferol ar gyfer economi hydrogen, sy'n storio hydrogen trwy ymgorffori hydrogen mewn deunyddiau solet trwy amsugno a rhyddhau hydrogen trwy ddadsugniad.Mae hydrid metel (MH), sef technoleg storio deunydd solet, o ddiddordeb diweddar mewn cymwysiadau celloedd tanwydd oherwydd ei allu hydrogen uchel, pwysau gweithredu isel, a chost isel o'i gymharu â storio hylif, ac mae'n addas ar gyfer cymwysiadau llonydd a symudol6,7 Yn Hefyd, mae deunyddiau MH hefyd yn darparu nodweddion diogelwch megis storio cynhwysedd mawr yn effeithlon8.Fodd bynnag, mae problem sy'n cyfyngu ar gynhyrchiant y MG: mae dargludedd thermol isel yr adweithydd MG yn arwain at amsugno a dadsugniad hydrogen yn araf.
Trosglwyddo gwres priodol yn ystod adweithiau ecsothermig ac endothermig yw'r allwedd i wella perfformiad adweithyddion MH.Ar gyfer y broses llwytho hydrogen, rhaid tynnu'r gwres a gynhyrchir o'r adweithydd er mwyn rheoli'r llif llwytho hydrogen ar y gyfradd a ddymunir gyda'r cynhwysedd storio mwyaf.Yn lle hynny, mae angen gwres i gynyddu cyfradd esblygiad hydrogen yn ystod rhyddhau.Er mwyn gwella perfformiad trosglwyddo gwres a màs, mae llawer o ymchwilwyr wedi astudio'r dyluniad a'r optimeiddio yn seiliedig ar ffactorau lluosog megis paramedrau gweithredu, strwythur MG, ac optimeiddio MG11.Gellir gwneud optimeiddio MG trwy ychwanegu deunyddiau dargludedd thermol uchel fel metelau ewyn i haenau MG 12,13.Felly, gellir cynyddu'r dargludedd thermol effeithiol o 0.1 i 2 W/mK10.Fodd bynnag, mae ychwanegu deunyddiau solet yn lleihau pŵer yr adweithydd MN yn sylweddol.O ran paramedrau gweithredu, gellir cyflawni gwelliannau trwy optimeiddio amodau gweithredu cychwynnol yr haen MG a'r oerydd (HTF).Gellir optimeiddio strwythur y MG oherwydd geometreg yr adweithydd a dyluniad y cyfnewidydd gwres.O ran cyfluniad cyfnewidydd gwres yr adweithydd MH, gellir rhannu'r dulliau yn ddau fath.Cyfnewidwyr gwres mewnol yw'r rhain sydd wedi'u hymgorffori yn yr haen MO a chyfnewidwyr gwres allanol sy'n gorchuddio'r haen MO fel esgyll, siacedi oeri a baddonau dŵr.O ran y cyfnewidydd gwres allanol, dadansoddodd Kaplan16 weithrediad yr adweithydd MH, gan ddefnyddio dŵr oeri fel siaced i leihau'r tymheredd y tu mewn i'r adweithydd.Cymharwyd y canlyniadau ag adweithydd esgyll 22 crwn ac adweithydd arall wedi'i oeri gan ddarfudiad naturiol.Maent yn nodi bod presenoldeb siaced oeri yn lleihau tymheredd yr MH yn sylweddol, a thrwy hynny gynyddu'r gyfradd amsugno.Mae astudiaethau rhifiadol o'r adweithydd MH â siaced dŵr gan Patil a Gopal17 wedi dangos bod pwysedd cyflenwad hydrogen a thymheredd HTF yn baramedrau allweddol sy'n dylanwadu ar gyfradd amsugno hydrogen a'i ddadsugniad.
Cynyddu'r ardal trosglwyddo gwres trwy ychwanegu esgyll a chyfnewidwyr gwres sydd wedi'u cynnwys yn yr MH yw'r allwedd i wella perfformiad trosglwyddo gwres a màs ac felly perfformiad storio'r MH18.Mae nifer o gyfluniadau cyfnewidydd gwres mewnol (tiwb syth a choil troellog) wedi'u cynllunio i gylchredeg yr oerydd yn yr adweithydd MH19,20,21,22,23,24,25,26.Gan ddefnyddio cyfnewidydd gwres mewnol, bydd yr hylif oeri neu wresogi yn trosglwyddo gwres lleol y tu mewn i'r adweithydd MH yn ystod y broses arsugniad hydrogen.Defnyddiodd Raju a Kumar [27] sawl tiwb syth fel cyfnewidwyr gwres i wella perfformiad y MG.Dangosodd eu canlyniadau fod amseroedd amsugno yn cael eu lleihau pan ddefnyddiwyd tiwbiau syth fel cyfnewidwyr gwres.Yn ogystal, mae defnyddio tiwbiau syth yn byrhau'r amser dadsugniad hydrogen28.Mae cyfraddau llif oerydd uwch yn cynyddu cyfradd gwefru a gollwng hydrogen29.Fodd bynnag, mae cynyddu nifer y tiwbiau oeri yn cael effaith gadarnhaol ar berfformiad MH yn hytrach na chyfradd llif oerydd30,31.Defnyddiodd Raju et al.32 LaMi4.7Al0.3 fel deunydd MH i astudio perfformiad cyfnewidwyr gwres multitube mewn adweithyddion.Dywedasant fod y paramedrau gweithredu yn cael effaith sylweddol ar y broses amsugno, yn enwedig y pwysau bwydo ac yna cyfradd llif yr HTF.Fodd bynnag, roedd y tymheredd amsugno yn llai hanfodol.
Mae perfformiad yr adweithydd MH yn cael ei wella ymhellach trwy ddefnyddio cyfnewidydd gwres coil troellog oherwydd ei drosglwyddiad gwres gwell o'i gymharu â thiwbiau syth.Mae hyn oherwydd y gall y gylchred eilaidd dynnu gwres o'r adweithydd yn well25.Yn ogystal, mae'r tiwbiau troellog yn darparu arwynebedd arwyneb mawr ar gyfer trosglwyddo gwres o'r haen MH i'r oerydd.Pan gyflwynir y dull hwn y tu mewn i'r adweithydd, mae dosbarthiad tiwbiau cyfnewid gwres hefyd yn fwy unffurf33.Mae Wang et al.34 astudio effaith hyd cymeriant hydrogen trwy ychwanegu coil helical at adweithydd MH.Mae eu canlyniadau'n dangos, wrth i gyfernod trosglwyddo gwres yr oerydd gynyddu, mae'r amser amsugno yn lleihau.Roedd Wu et al.Ymchwiliodd 25 i berfformiad adweithyddion MH seiliedig ar Mg2Ni a chyfnewidwyr gwres coil torchog.Mae eu hastudiaethau rhifiadol wedi dangos gostyngiad mewn amser ymateb.Mae gwelliant y mecanwaith trosglwyddo gwres yn yr adweithydd MN yn seiliedig ar gymhareb lai o draw sgriw i draw sgriw a thraw sgriw di-dimensiwn.Dangosodd astudiaeth arbrofol gan Mellouli et al.21 gan ddefnyddio coil torchog fel cyfnewidydd gwres mewnol fod tymheredd cychwyn HTF yn cael effaith sylweddol ar wella cymeriant hydrogen ac amser dadsugniad.Mae cyfuniadau o wahanol gyfnewidwyr gwres mewnol wedi'u cynnal mewn sawl astudiaeth.Roedd Eisapur et al.Astudiodd 35 storio hydrogen gan ddefnyddio cyfnewidydd gwres coil troellog gyda thiwb dychwelyd canolog i wella'r broses amsugno hydrogen.Dangosodd eu canlyniadau fod y tiwb troellog a'r tiwb dychwelyd canolog yn gwella'n sylweddol y trosglwyddiad gwres rhwng yr oerydd a'r MG.Mae traw llai a diamedr mwy y tiwb troellog yn cynyddu cyfradd trosglwyddo gwres a màs.Mae Ardahaie et al.Defnyddiodd 36 diwbiau troellog fflat fel cyfnewidwyr gwres i wella trosglwyddo gwres o fewn yr adweithydd.Dywedasant fod hyd yr amsugno wedi'i leihau trwy gynyddu nifer yr awyrennau tiwb troellog gwastad.Mae cyfuniadau o wahanol gyfnewidwyr gwres mewnol wedi'u cynnal mewn sawl astudiaeth.Dhau et al.37 wedi gwella perfformiad yr MH gan ddefnyddio cyfnewidydd gwres coil torchog ac esgyll.Mae eu canlyniadau'n dangos bod y dull hwn yn lleihau'r amser llenwi hydrogen gan ffactor o 2 o'i gymharu â'r cas heb esgyll.Mae'r esgyll mân yn cael eu cyfuno â thiwbiau oeri a'u cynnwys yn yr adweithydd MN.Mae canlyniadau'r astudiaeth hon yn dangos bod y dull cyfunol hwn yn darparu trosglwyddiad gwres mwy unffurf o'i gymharu â'r adweithydd MH heb esgyll.Fodd bynnag, bydd cyfuno gwahanol gyfnewidwyr gwres yn effeithio'n negyddol ar bwysau a chyfaint yr adweithydd MH.Cymharodd Wu et al.18 wahanol gyfluniadau cyfnewidydd gwres.Mae'r rhain yn cynnwys tiwbiau syth, esgyll a choiliau troellog.Mae'r awduron yn adrodd bod coiliau troellog yn darparu'r gwelliannau gorau mewn trosglwyddo gwres a màs.Yn ogystal, o'i gymharu â thiwbiau syth, tiwbiau torchog, a thiwbiau syth ynghyd â thiwbiau torchog, mae coiliau dwbl yn cael effaith well ar wella trosglwyddo gwres.Mae astudiaeth gan Sekhar et al.Dangosodd 40 y cafwyd gwelliant tebyg yn y defnydd o hydrogen gan ddefnyddio coil troellog fel y cyfnewidydd gwres mewnol a siaced oeri allanol finned.
O'r enghreifftiau a grybwyllwyd uchod, mae'r defnydd o goiliau troellog fel cyfnewidwyr gwres mewnol yn darparu gwell gwelliannau trosglwyddo gwres a màs na chyfnewidwyr gwres eraill, yn enwedig tiwbiau syth ac esgyll.Felly, nod yr astudiaeth hon oedd datblygu'r coil troellog ymhellach i wella'r perfformiad trosglwyddo gwres.Am y tro cyntaf, datblygwyd coil lled-silindraidd newydd yn seiliedig ar y coil helical storio confensiynol MH.Disgwylir i'r astudiaeth hon wella perfformiad storio hydrogen trwy ystyried dyluniad cyfnewidydd gwres newydd gyda gosodiad parth trosglwyddo gwres gwell a ddarperir gan gyfaint cyson o wely MH a thiwbiau HTF.Yna cymharwyd perfformiad storio'r cyfnewidydd gwres newydd hwn â chyfnewidwyr gwres coil troellog confensiynol yn seiliedig ar wahanol leiniau coil.Yn ôl y llenyddiaeth bresennol, amodau gweithredu a bylchau rhwng coiliau yw'r prif ffactorau sy'n effeithio ar berfformiad adweithyddion MH.Er mwyn gwneud y gorau o ddyluniad y cyfnewidydd gwres newydd hwn, ymchwiliwyd i effaith bylchau coil ar amser cymeriant hydrogen a chyfaint MH.Yn ogystal, er mwyn deall y berthynas rhwng y coiliau hemi-silindraidd newydd ac amodau gweithredu, nod eilaidd yr astudiaeth hon oedd astudio nodweddion yr adweithydd yn ôl gwahanol ystodau paramedr gweithredu a phennu'r gwerthoedd priodol ar gyfer pob gweithrediad. modd.paramedr.
Ymchwilir i berfformiad y ddyfais storio ynni hydrogen yn yr astudiaeth hon yn seiliedig ar ddau gyfluniad cyfnewidydd gwres (gan gynnwys tiwbiau troellog yn achosion 1 i 3 a thiwbiau lled-silindraidd mewn achosion 4 i 6) a dadansoddiad sensitifrwydd o baramedrau gweithredu.Profwyd gweithrediad yr adweithydd MH am y tro cyntaf gan ddefnyddio tiwb troellog fel cyfnewidydd gwres.Mae'r bibell olew oerydd a'r llong adweithydd MH wedi'u gwneud o ddur di-staen.Dylid nodi bod dimensiynau'r adweithydd MG a diamedr y pibellau GTF yn gyson ym mhob achos, tra bod meintiau cam y GTF yn amrywio.Mae'r adran hon yn dadansoddi effaith maint traw coiliau HTF.Uchder a diamedr allanol yr adweithydd oedd 110 mm a 156 mm, yn y drefn honno.Mae diamedr y bibell olew sy'n dargludo gwres wedi'i osod ar 6mm.Gweler yr Adran Atodol am fanylion ar y diagram cylched adweithydd MH gyda thiwbiau troellog a dau diwb lled-silindraidd.
Ar ffig.Mae 1a yn dangos yr adweithydd tiwb troellog MH a'i ddimensiynau.Rhoddir yr holl baramedrau geometrig yn y tabl.1. Mae cyfanswm cyfaint yr helics a chyfaint y ZG tua 100 cm3 a 2000 cm3, yn y drefn honno.O'r adweithydd MH hwn, cafodd aer ar ffurf HTF ei fwydo i'r adweithydd MH mandyllog oddi isod trwy diwb troellog, a chyflwynwyd hydrogen o wyneb uchaf yr adweithydd.
Nodweddu geometregau dethol ar gyfer adweithyddion hydrid metel.a) gyda chyfnewidydd gwres tiwbaidd troellog, b) gyda chyfnewidydd gwres tiwbaidd lled-silindraidd.
Mae'r ail ran yn archwilio gweithrediad yr adweithydd MH yn seiliedig ar diwb lled-silindraidd fel cyfnewidydd gwres.Ar ffig.Mae 1b yn dangos yr adweithydd MN gyda dau diwb lled-silindraidd a'u dimensiynau.Mae Tabl 1 yn rhestru holl baramedrau geometrig pibellau lled-silindraidd, sy'n aros yn gyson, ac eithrio'r pellter rhyngddynt.Dylid nodi bod y tiwb lled-silindraidd yn Achos 4 wedi'i ddylunio gyda chyfaint cyson o tiwb HTF ac aloi MH yn y tiwb torchog (opsiwn 3).Fel ar gyfer ffig.1b, cyflwynwyd aer hefyd o waelod y ddau diwb HTF lled-silindraidd, a chyflwynwyd hydrogen o gyfeiriad arall yr adweithydd MH.
Oherwydd dyluniad newydd y cyfnewidydd gwres, pwrpas yr adran hon yw pennu'r gwerthoedd cychwynnol priodol ar gyfer paramedrau gweithredu'r adweithydd MH mewn cyfuniad â SCHE.Ym mhob achos, defnyddiwyd aer fel oerydd i dynnu gwres o'r adweithydd.Ymhlith yr olewau trosglwyddo gwres, mae aer a dŵr yn cael eu dewis yn gyffredin fel olewau trosglwyddo gwres ar gyfer adweithyddion MH oherwydd eu cost isel a'u heffaith amgylcheddol isel.Oherwydd yr ystod tymheredd gweithredu uchel o aloion magnesiwm, dewiswyd aer fel yr oerydd yn yr astudiaeth hon.Yn ogystal, mae ganddo hefyd nodweddion llif gwell na metelau hylif eraill a halwynau tawdd41.Mae Tabl 2 yn rhestru priodweddau aer yn 573 K. Ar gyfer y dadansoddiad sensitifrwydd yn yr adran hon, dim ond y ffurfweddiadau gorau o'r opsiynau perfformiad MH-SCHE (mewn achosion 4 i 6) sy'n cael eu cymhwyso.Mae'r amcangyfrifon yn yr adran hon yn seiliedig ar baramedrau gweithredu amrywiol, gan gynnwys tymheredd cychwynnol yr adweithydd MH, y pwysau llwytho hydrogen, tymheredd mewnfa HTF, a rhif Reynolds a gyfrifir trwy newid y gyfradd HTF.Mae Tabl 3 yn cynnwys yr holl baramedrau gweithredu a ddefnyddir ar gyfer dadansoddi sensitifrwydd.
Mae'r adran hon yn disgrifio'r holl hafaliadau rheoli angenrheidiol ar gyfer y broses o amsugno hydrogen, tyrfedd a throsglwyddo gwres oeryddion.
Er mwyn symleiddio datrysiad yr adwaith mewnlifiad hydrogen, gwneir a darperir y tybiaethau canlynol;
Yn ystod amsugno, mae priodweddau thermoffisegol hydrogen a hydridau metel yn gyson.
Mae hydrogen yn cael ei ystyried yn nwy delfrydol, felly mae amodau ecwilibriwm thermol lleol43,44 yn cael eu hystyried.
lle \({L}_{gas}\) yw radiws y tanc, a \({L}_{heat}\) yw uchder echelinol y tanc.Pan fo N yn llai na 0.0146, gellir anwybyddu'r llif hydrogen yn y tanc yn yr efelychiad heb gamgymeriad sylweddol.Yn ôl ymchwil gyfredol, mae N yn llawer is na 0.1.Felly, gellir esgeuluso'r effaith graddiant pwysau.
Roedd waliau'r adweithydd wedi'u hinswleiddio'n dda ym mhob achos.Felly, nid oes cyfnewid gwres 47 rhwng yr adweithydd a'r amgylchedd.
Mae'n hysbys bod gan aloion sy'n seiliedig ar Mg nodweddion hydrogeniad da a chynhwysedd storio hydrogen uchel hyd at 7.6 wt%8.O ran cymwysiadau storio hydrogen cyflwr solet, gelwir yr aloion hyn hefyd yn ddeunyddiau ysgafn.Yn ogystal, mae ganddynt wrthwynebiad gwres rhagorol a phrosesadwyedd da8.Ymhlith nifer o aloion sy'n seiliedig ar Mg, mae aloi MgNi sy'n seiliedig ar Mg2Ni yn un o'r opsiynau mwyaf addas ar gyfer storio MH oherwydd ei allu storio hydrogen o hyd at 6 wt%.Mae aloion Mg2Ni hefyd yn darparu cineteg arsugniad ac amsugniad cyflymach o'i gymharu ag aloi MgH48.Felly, dewiswyd Mg2Ni fel y deunydd hydrid metel yn yr astudiaeth hon.
Mynegir yr hafaliad egni fel 25 yn seiliedig ar y cydbwysedd gwres rhwng hydrogen a hydrid Mg2Ni:
X yw faint o hydrogen sy'n cael ei amsugno ar yr arwyneb metel, mae'r uned yn \(pwysau\%\), wedi'i gyfrifo o'r hafaliad cinetig \(\frac{dX}{dt}\) yn ystod amsugno fel a ganlyn49:
lle \({C}_{a}\) yw'r gyfradd adwaith a \({E}_{a}\) yw'r egni actifadu.\({P}_{a,eq}\) yw'r pwysedd ecwilibriwm y tu mewn i'r adweithydd hydrid metel yn ystod y broses amsugno, a roddir gan yr hafaliad van't Hoff fel a ganlyn25:
Lle mae \({P}_{ref}\) yn bwysedd cyfeirio o 0.1 MPa.\(\Delta H\) a \(\Delta S\) yw enthalpi ac entropi'r adwaith, yn y drefn honno.Cyflwynir priodweddau aloion Mg2Ni a hydrogen yn y tabl.4. Mae'r rhestr a enwir i'w gweld yn yr adran atodol.
Ystyrir bod y llif hylif yn gythryblus oherwydd bod ei gyflymder a'i rif Reynolds (Re) yn 78.75 ms-1 a 14000, yn y drefn honno.Yn yr astudiaeth hon, dewiswyd model cythrwfl k-ε cyraeddadwy.Nodir bod y dull hwn yn darparu cywirdeb uwch o'i gymharu â dulliau k-ε eraill, ac mae hefyd angen llai o amser cyfrifo na dulliau RNG k-ε50,51.Gweler yr Adran Atodol am fanylion yr hafaliadau sylfaenol ar gyfer hylifau trosglwyddo gwres.
I ddechrau, roedd y drefn tymheredd yn yr adweithydd MN yn unffurf, a'r crynodiad hydrogen ar gyfartaledd oedd 0.043.Tybir bod ffin allanol yr adweithydd MH wedi'i inswleiddio'n dda.Mae aloion sy'n seiliedig ar fagnesiwm fel arfer yn gofyn am dymheredd gweithredu adwaith uchel i storio a rhyddhau hydrogen yn yr adweithydd.Mae angen ystod tymheredd o 523-603 K ar aloi Mg2Ni ar gyfer yr amsugniad mwyaf ac ystod tymheredd o 573-603 K ar gyfer dadsugniad cyflawn52.Fodd bynnag, dangosodd astudiaethau arbrofol gan Muthukumar et al.53 y gellir cyflawni cynhwysedd storio uchaf Mg2Ni ar gyfer storio hydrogen ar dymheredd gweithredu o 573 K, sy'n cyfateb i'w allu damcaniaethol.Felly, dewiswyd tymheredd 573 K fel tymheredd cychwynnol yr adweithydd MN yn yr astudiaeth hon.
Creu gwahanol feintiau grid ar gyfer dilysu a chanlyniadau dibynadwy.Ar ffig.Mae 2 yn dangos y tymheredd cyfartalog mewn lleoliadau dethol yn y broses amsugno hydrogen o bedair elfen wahanol.Mae'n werth nodi mai dim ond un achos o bob ffurfwedd sy'n cael ei ddewis i brofi annibyniaeth grid oherwydd geometreg tebyg.Defnyddir yr un dull meshing mewn achosion eraill.Felly, dewiswch opsiwn 1 ar gyfer y bibell droellog ac opsiwn 4 ar gyfer y bibell lled-silindraidd.Ar ffig.Mae 2a, b yn dangos y tymheredd cyfartalog yn yr adweithydd ar gyfer opsiynau 1 a 4, yn y drefn honno.Mae'r tri lleoliad a ddewiswyd yn cynrychioli cyfuchliniau tymheredd gwelyau ar frig, canol a gwaelod yr adweithydd.Yn seiliedig ar y cyfuchliniau tymheredd yn y lleoliadau a ddewiswyd, mae'r tymheredd cyfartalog yn dod yn sefydlog ac yn dangos ychydig o newid yn niferoedd elfennau 428,891 a 430,599 ar gyfer achosion 1 a 4, yn y drefn honno.Felly, dewiswyd y meintiau grid hyn ar gyfer cyfrifiadau cyfrifiannol pellach.Rhoddir gwybodaeth fanwl am dymheredd gwely cyfartalog y broses amsugno hydrogen ar gyfer gwahanol feintiau celloedd a rhwyllau wedi'u mireinio'n olynol ar gyfer y ddau achos yn yr adran atodol.
Tymheredd gwely cyfartalog ar bwyntiau dethol yn y broses amsugno hydrogen mewn adweithydd hydride metel gyda rhifau grid gwahanol.(a) Tymheredd cyfartalog mewn lleoliadau dethol ar gyfer achos 1 a (b) Tymheredd cyfartalog mewn lleoliadau dethol ar gyfer achos 4.
Profwyd yr adweithydd hydrid metel sy'n seiliedig ar Mg yn yr astudiaeth hon yn seiliedig ar ganlyniadau arbrofol Muthukumar et al.53.Yn eu hastudiaeth, fe wnaethant ddefnyddio aloi Mg2Ni i storio hydrogen mewn tiwbiau dur di-staen.Defnyddir esgyll copr i wella trosglwyddiad gwres y tu mewn i'r adweithydd.Ar ffig.Mae 3a yn dangos cymhariaeth o dymheredd cyfartalog gwely'r broses amsugno rhwng yr astudiaeth arbrofol a'r astudiaeth hon.Yr amodau gweithredu a ddewiswyd ar gyfer yr arbrawf hwn yw: MG tymheredd cychwynnol 573 K a gwasgedd mewnfa 2 MPa.O ffig.3a gellir dangos yn glir bod canlyniad yr arbrawf hwn yn cytuno'n dda â'r un presennol o ran tymheredd cyfartalog yr haen.
Gwirio model.(a) Gwiriad cod o'r adweithydd hydrid metel Mg2Ni trwy gymharu'r astudiaeth gyfredol â gwaith arbrofol Muthukumar et al.52, a (b) dilysu model llif cythryblus y tiwb troellog trwy gymharu'r astudiaeth gyfredol ag un Kumar et al .Ymchwil.54.
I brofi'r model cynnwrf, cymharwyd canlyniadau'r astudiaeth hon â chanlyniadau arbrofol Kumar et al.54 i gadarnhau cywirdeb y model cynnwrf a ddewiswyd.Astudiodd Kumar et al.54 lif cythryblus mewn cyfnewidydd gwres troellog tiwb-mewn-pibell.Defnyddir dŵr fel hylif poeth ac oer wedi'i chwistrellu o'r ochr arall.Y tymereddau hylif poeth ac oer yw 323 K a 300 K, yn y drefn honno.Mae niferoedd Reynolds yn amrywio o 3100 i 5700 ar gyfer hylifau poeth ac o 21,000 i 35,000 ar gyfer hylifau oer.Rhifau deon yw 550-1000 ar gyfer hylifau poeth a 3600-6000 ar gyfer hylifau oer.Mae diamedrau'r bibell fewnol (ar gyfer hylif poeth) a'r bibell allanol (ar gyfer hylif oer) yn 0.0254 m a 0.0508 m, yn y drefn honno.Diamedr a thraw y coil helical yw 0.762 m a 0.100 m, yn y drefn honno.Ar ffig.Mae 3b yn dangos cymhariaeth o ganlyniadau arbrofol a chyfredol ar gyfer parau amrywiol o rifau Nusselt a Dean ar gyfer yr oerydd yn y tiwb mewnol.Gweithredwyd tri model cynnwrf gwahanol a'u cymharu â chanlyniadau arbrofol.Fel y dangosir yn ffig.3b, mae canlyniadau'r model cynnwrf k-ε cyraeddadwy yn cytuno'n dda â'r data arbrofol.Felly, dewiswyd y model hwn yn yr astudiaeth hon.
Perfformiwyd efelychiadau rhifiadol yn yr astudiaeth hon gan ddefnyddio ANSYS Fluent 2020 R2.Ysgrifennwch Swyddogaeth a Ddiffiniwyd gan Ddefnyddiwr (UDF) a'i ddefnyddio fel term mewnbwn yr hafaliad egni i gyfrifo cineteg y broses amsugno.Defnyddir y gylched PRESTO55 a'r dull PISO56 ar gyfer cyfathrebu pwysau-cyflymder a chywiro pwysau.Dewiswch sylfaen celloedd Greene-Gauss ar gyfer y graddiant newidiol.Mae'r hafaliadau momentwm ac egni yn cael eu datrys gan y dull ail-drefn i fyny'r gwynt.O ran y cyfernodau tan-ymlacio, mae'r cydrannau pwysau, cyflymder ac egni wedi'u gosod i 0.5, 0.7, a 0.7, yn y drefn honno.Mae'r swyddogaethau wal safonol yn cael eu cymhwyso i'r HTF yn y model cynnwrf.
Mae'r adran hon yn cyflwyno canlyniadau efelychiadau rhifiadol o well trosglwyddiad gwres mewnol o adweithydd MH gan ddefnyddio cyfnewidydd gwres coil torchog (HCHE) a chyfnewidydd gwres coil helical (SCHE) yn ystod amsugno hydrogen.Dadansoddwyd effaith traw HTF ar dymheredd gwely'r adweithydd a hyd yr amsugno.Mae prif baramedrau gweithredu'r broses amsugno yn cael eu hastudio a'u cyflwyno yn yr adran dadansoddi sensitifrwydd.
Er mwyn ymchwilio i effaith bylchau coil ar drosglwyddo gwres mewn adweithydd MH, ymchwiliwyd i dri chyfluniad cyfnewidydd gwres gyda gwahanol leiniau.Mae'r tri llain gwahanol o 15mm, 12.86mm a 10mm yn gorff dynodedig 1, corff 2 a chorff 3 yn y drefn honno.Dylid nodi bod diamedr y bibell wedi'i osod ar 6 mm ar dymheredd cychwynnol o 573 K a phwysau llwytho o 1.8 MPa ym mhob achos.Ar ffig.Mae 4 yn dangos tymheredd gwely cyfartalog a chrynodiad hydrogen yn yr haen MH yn ystod y broses amsugno hydrogen yn achosion 1 i 3. Yn nodweddiadol, mae'r adwaith rhwng y hydrid metel a hydrogen yn ecsothermig i'r broses amsugno.Felly, mae tymheredd y gwely yn codi'n gyflym oherwydd y foment gychwynnol pan gyflwynir hydrogen gyntaf i'r adweithydd.Mae tymheredd y gwely yn cynyddu nes ei fod yn cyrraedd gwerth uchaf ac yna'n gostwng yn raddol wrth i wres gael ei gludo i ffwrdd gan yr oerydd, sydd â thymheredd is ac yn gweithredu fel oerydd.Fel y dangosir yn ffig.4a, oherwydd yr esboniad blaenorol, mae tymheredd yr haen yn cynyddu'n gyflym ac yn gostwng yn barhaus.Mae'r crynodiad hydrogen ar gyfer y broses amsugno fel arfer yn seiliedig ar dymheredd gwely'r adweithydd MH.Pan fydd tymheredd yr haen gyfartalog yn gostwng i dymheredd penodol, mae'r arwyneb metel yn amsugno hydrogen.Mae hyn oherwydd cyflymiad y prosesau ffisorptiad, cemisorption, trylediad hydrogen a ffurfio ei hydridau yn yr adweithydd.O ffig.4b gellir gweld bod y gyfradd amsugno hydrogen yn achos 3 yn is nag mewn achosion eraill oherwydd gwerth cam llai y cyfnewidydd gwres coil.Mae hyn yn arwain at hyd pibell gyffredinol hirach ac ardal trosglwyddo gwres mwy ar gyfer pibellau HTF.Gyda chrynodiad hydrogen ar gyfartaledd o 90%, yr amser amsugno ar gyfer Achos 1 yw 46,276 eiliad.O'i gymharu â hyd yr amsugno yn achos 1, gostyngwyd hyd yr amsugno yn achosion 2 a 3 724 s a 1263 s, yn y drefn honno.Mae'r adran atodol yn cyflwyno cyfuchliniau tymheredd a chrynodiad hydrogen ar gyfer lleoliadau dethol yn yr haen HCHE-MH.
Dylanwad y pellter rhwng coiliau ar dymheredd haen cyfartalog a chrynodiad hydrogen.(a) Tymheredd gwely cyfartalog ar gyfer coiliau helical, (b) crynodiad hydrogen ar gyfer coiliau helical, (c) tymheredd gwely cyfartalog ar gyfer coiliau hemi-silindraidd, a (ch) crynodiad hydrogen ar gyfer coiliau hemi-silindraidd.
Er mwyn gwella nodweddion trosglwyddo gwres yr adweithydd MG, cynlluniwyd dau HFC ar gyfer cyfaint cyson o'r MG (2000 cm3) a chyfnewidydd gwres troellog (100 cm3) o Opsiwn 3. Mae'r adran hon hefyd yn ystyried effaith y pellter rhwng y coiliau o 15 mm ar gyfer achos 4, 12.86 mm ar gyfer achos 5 a 10 mm ar gyfer achos 6. Yn ffig.Mae 4c,d yn dangos tymheredd gwely cyfartalog a chrynodiad y broses amsugno hydrogen ar dymheredd cychwynnol o 573 K a phwysau llwytho o 1.8 MPa.Yn ôl tymheredd cyfartalog yr haen yn Ffig. 4c, mae'r pellter llai rhwng y coiliau rhag ofn 6 yn lleihau'r tymheredd yn sylweddol o'i gymharu â'r ddau achos arall.Ar gyfer achos 6, mae tymheredd gwely is yn arwain at grynodiad hydrogen uwch (gweler Ffig. 4d).Yr amser mewnbynnu hydrogen ar gyfer Amrywiad 4 yw 19542 s, sydd fwy na 2 waith yn is nag ar gyfer Amrywolion 1-3 gan ddefnyddio HCH.Yn ogystal, o'i gymharu ag achos 4, gostyngwyd yr amser amsugno hefyd 378 s a 1515 s yn achosion 5 a 6 gyda phellteroedd is.Mae'r adran atodol yn cyflwyno cyfuchliniau tymheredd a chrynodiad hydrogen ar gyfer lleoliadau dethol yn yr haen SCHE-MH.
Er mwyn astudio perfformiad dau gyfluniad cyfnewidydd gwres, mae'r adran hon yn plotio ac yn cyflwyno cromliniau tymheredd mewn tri lleoliad dethol.Dewiswyd yr adweithydd MH gyda HCHE o achos 3 i'w gymharu â'r adweithydd MH sy'n cynnwys SCHE yn achos 4 oherwydd bod ganddo gyfaint MH cyson a chyfaint pibell.Yr amodau gweithredu ar gyfer y gymhariaeth hon oedd tymheredd cychwynnol o 573 K a phwysau llwytho o 1.8 MPa.Ar ffig.Mae 5a a 5b yn dangos pob un o'r tri safle dethol o'r proffiliau tymheredd yn achosion 3 a 4, yn y drefn honno.Ar ffig.Mae 5c yn dangos y proffil tymheredd a chrynodiad yr haen ar ôl 20,000 o gymeriant hydrogen.Yn ôl llinell 1 yn Ffig. 5c, mae'r tymheredd o amgylch y TTF o opsiynau 3 a 4 yn gostwng oherwydd trosglwyddiad gwres darfudol yr oerydd.Mae hyn yn arwain at grynodiad uwch o hydrogen o amgylch yr ardal hon.Fodd bynnag, mae defnyddio dau SCHES yn arwain at grynodiad haen uwch.Canfuwyd ymatebion cinetig cyflymach o amgylch y rhanbarth HTF yn achos 4. Yn ogystal, canfuwyd crynodiad uchaf o 100% yn y rhanbarth hwn hefyd.O linell 2 sydd wedi'i lleoli yng nghanol yr adweithydd, mae tymheredd achos 4 yn sylweddol is na thymheredd achos 3 ym mhob man ac eithrio canol yr adweithydd.Mae hyn yn arwain at y crynodiad hydrogen uchaf ar gyfer achos 4 ac eithrio'r rhanbarth ger canol yr adweithydd i ffwrdd o'r HTF.Fodd bynnag, ni newidiodd crynhoad achos 3 rhyw lawer.Gwelwyd gwahaniaeth mawr yn nhymheredd a chrynodiad yr haen yn llinell 3 ger y fynedfa i'r GTS.Gostyngodd tymheredd yr haen rhag ofn 4 yn sylweddol, gan arwain at y crynodiad hydrogen uchaf yn y rhanbarth hwn, tra bod y llinell grynhoi yn achos 3 yn dal i amrywio.Mae hyn oherwydd cyflymiad trosglwyddo gwres SCHE.Darperir manylion a thrafodaeth ar y gymhariaeth o dymheredd cyfartalog yr haen MH a'r bibell HTF rhwng achos 3 ac achos 4 yn yr adran atodol.
Proffil tymheredd a chrynodiad gwelyau mewn lleoliadau dethol yn yr adweithydd hydrid metel.(a) Lleoliadau dethol ar gyfer achos 3, (b) Lleoliadau dethol ar gyfer achos 4, a (c) Proffil tymheredd a chrynodiad haenau mewn lleoliadau dethol ar ôl 20,000 s ar gyfer y broses mewnlifiad hydrogen yn achosion 3 a 4.
Ar ffig.Mae Ffigur 6 yn dangos cymhariaeth o dymheredd gwely cyfartalog (gweler Ffig. 6a) a chrynodiad hydrogen (gweler Ffig. 6b) ar gyfer amsugniad HCH a SHE.Gellir gweld o'r ffigur hwn bod tymheredd yr haen MG yn gostwng yn sylweddol oherwydd cynnydd yn yr ardal cyfnewid gwres.Mae tynnu mwy o wres o'r adweithydd yn arwain at gyfradd uwch o ddefnyddio hydrogen.Er bod gan y ddau gyfluniad cyfnewidydd gwres yr un cyfeintiau o gymharu â defnyddio HCHE ag Opsiwn 3, gostyngwyd amser derbyn hydrogen SCHE yn seiliedig ar Opsiwn 4 yn sylweddol 59%.I gael dadansoddiad manylach, dangosir y crynodiadau hydrogen ar gyfer y ddau gyfluniad cyfnewidydd gwres fel isolines yn Ffigur 7. Mae'r ffigur hwn yn dangos, yn y ddau achos, bod hydrogen yn dechrau cael ei amsugno o islaw o amgylch y fewnfa HTF.Canfuwyd crynodiadau uwch yn y rhanbarth HTF, tra gwelwyd crynodiadau is yng nghanol yr adweithydd MH oherwydd ei bellter o'r cyfnewidydd gwres.Ar ôl 10,000 s, mae'r crynodiad hydrogen yn achos 4 yn sylweddol uwch nag yn achos 3. Ar ôl 20,000 eiliad, mae'r crynodiad hydrogen cyfartalog yn yr adweithydd wedi codi i 90% yn achos 4 o'i gymharu â 50% hydrogen yn achos 3. Gall hyn fod oherwydd i'r gallu oeri effeithiol uwch o gyfuno dau SCHEs, gan arwain at dymheredd is y tu mewn i'r haen MH.O ganlyniad, mae pwysedd mwy cytbwys yn disgyn y tu mewn i'r haen MG, sy'n arwain at amsugno hydrogen yn gyflymach.
Achos 3 ac Achos 4 Cymharu tymheredd gwely cyfartalog a chrynodiad hydrogen rhwng dau gyfluniad cyfnewidydd gwres.
Cymharu'r crynodiad hydrogen ar ôl 500, 2000, 5000, 10000 a 20000 s ar ôl dechrau'r broses amsugno hydrogen yn achos 3 ac achos 4.
Mae Tabl 5 yn crynhoi hyd y cymeriant hydrogen ym mhob achos.Yn ogystal, mae'r tabl hefyd yn dangos amser amsugno hydrogen, wedi'i fynegi fel canran.Cyfrifir y ganran hon yn seiliedig ar amser amsugno Achos 1. O'r tabl hwn, mae amser amsugno'r adweithydd MH sy'n defnyddio HCHE tua 45,000 i 46,000 s, ac mae'r amser amsugno gan gynnwys SCHE tua 18,000 i 19,000 s.O'i gymharu ag Achos 1, gostyngwyd yr amser amsugno yn Achos 2 ac Achos 3 yn unig 1.6% a 2.7%, yn y drefn honno.Wrth ddefnyddio SCHE yn lle HCHE, gostyngwyd yr amser amsugno yn sylweddol o achos 4 i achos 6, o 58% i 61%.Mae'n amlwg bod ychwanegu SCHE i'r adweithydd MH yn gwella'n fawr y broses amsugno hydrogen a pherfformiad yr adweithydd MH.Er bod gosod cyfnewidydd gwres y tu mewn i'r adweithydd MH yn lleihau'r cynhwysedd storio, mae'r dechnoleg hon yn darparu gwelliant sylweddol mewn trosglwyddo gwres o'i gymharu â thechnolegau eraill.Hefyd, bydd gostwng gwerth y traw yn cynyddu cyfaint y SCHE, gan arwain at ostyngiad yng nghyfaint y MH.Yn achos 6 â'r cyfaint SCHE uchaf, dim ond 5% y gostyngwyd cynhwysedd cyfeintiol MH o'i gymharu ag achos 1 gyda'r cyfaint HCHE isaf.Yn ogystal, yn ystod amsugno, dangosodd achos 6 berfformiad cyflymach a gwell gyda gostyngiad o 61% mewn amser amsugno.Felly dewiswyd achos 6 ar gyfer ymchwiliad pellach yn y dadansoddiad sensitifrwydd.Dylid nodi bod yr amser cymeriant hydrogen hir yn gysylltiedig â thanc storio sy'n cynnwys cyfaint MH o tua 2000 cm3.
Mae'r paramedrau gweithredu yn ystod yr adwaith yn ffactorau pwysig sy'n effeithio'n gadarnhaol neu'n negyddol ar berfformiad yr adweithydd MH o dan amodau real.Mae'r astudiaeth hon yn ystyried dadansoddiad sensitifrwydd i bennu'r paramedrau gweithredu cychwynnol priodol ar gyfer adweithydd MH mewn cyfuniad â SCHE, ac mae'r adran hon yn ymchwilio i'r pedwar prif baramedr gweithredu yn seiliedig ar y cyfluniad adweithydd gorau posibl yn achos 6. Dangosir y canlyniadau ar gyfer yr holl amodau gweithredu yn Ffig. 8.
Graff crynodiad hydrogen o dan amodau gweithredu amrywiol wrth ddefnyddio cyfnewidydd gwres gyda choil lled-silindraidd.(a) pwysedd llwytho, (b) tymheredd cychwynnol y gwely, (c) rhif yr oerydd Reynolds, a (ch) tymheredd mewnfa'r oerydd.
Yn seiliedig ar dymheredd cychwynnol cyson o 573 K a chyfradd llif oerydd gyda nifer Reynolds o 14,000, dewiswyd pedwar pwysau llwytho gwahanol: 1.2 MPa, 1.8 MPa, 2.4 MPa, a 3.0 MPa.Ar ffig.Mae 8a yn dangos effaith pwysau llwytho a SCHE ar grynodiad hydrogen dros amser.Mae'r amser amsugno yn lleihau gyda phwysau llwytho cynyddol.Defnyddio pwysedd hydrogen cymhwysol o 1.2 MPa yw'r achos gwaethaf ar gyfer y broses amsugno hydrogen, ac mae hyd yr amsugno yn fwy na 26,000 s i gyflawni amsugno hydrogen o 90%.Fodd bynnag, arweiniodd y pwysau llwytho uwch at ostyngiad o 32-42% mewn amser amsugno o 1.8 i 3.0 MPa.Mae hyn oherwydd pwysedd cychwynnol uwch hydrogen, sy'n arwain at wahaniaeth mwy rhwng y pwysedd ecwilibriwm a'r pwysedd cymhwysol.Felly, mae hyn yn creu grym gyrru mawr ar gyfer cineteg cymeriant hydrogen.Ar hyn o bryd, mae nwy hydrogen yn cael ei amsugno'n gyflym oherwydd y gwahaniaeth mawr rhwng y pwysedd ecwilibriwm a'r gwasgedd cymhwysol57.Ar bwysedd llwytho o 3.0 MPa, cronnodd hydrogen 18% yn gyflym yn ystod y 10 eiliad cyntaf.Storiwyd hydrogen mewn 90% o'r adweithyddion yn y cam olaf am 15460 s.Fodd bynnag, ar bwysedd llwytho o 1.2 i 1.8 MPa, gostyngwyd yr amser amsugno yn sylweddol gan 32%.Cafodd pwysau uwch eraill lai o effaith ar wella amseroedd amsugno.Felly, argymhellir bod pwysau llwytho'r adweithydd MH-SCHE yn 1.8 MPa.Mae'r adran atodol yn dangos y cyfuchliniau crynodiad hydrogen ar gyfer pwysau llwytho amrywiol ar 15500 s.
Mae dewis tymheredd cychwynnol priodol yr adweithydd MH yn un o'r prif ffactorau sy'n effeithio ar y broses arsugniad hydrogen, gan ei fod yn effeithio ar rym gyrru'r adwaith ffurfio hydrid.Er mwyn astudio effaith SCHE ar dymheredd cychwynnol yr adweithydd MH, dewiswyd pedwar tymheredd gwahanol ar bwysedd llwytho cyson o 1.8 MPa a nifer Reynolds o 14,000 HTF.Ar ffig.Mae Ffigur 8b yn dangos cymhariaeth o dymereddau cychwyn amrywiol, gan gynnwys 473K, 523K, 573K, a 623K.Mewn gwirionedd, pan fydd y tymheredd yn uwch na 230 ° C neu 503K58, mae gan yr aloi Mg2Ni nodweddion effeithiol ar gyfer y broses amsugno hydrogen.Fodd bynnag, ar adeg gychwynnol chwistrelliad hydrogen, mae'r tymheredd yn codi'n gyflym.O ganlyniad, bydd tymheredd yr haen MG yn fwy na 523 K. Felly, mae ffurfio hydridau yn cael ei hwyluso oherwydd y gyfradd amsugno uwch53.O ffig.Gellir gweld o Ffig. 8b bod hydrogen yn cael ei amsugno'n gyflymach wrth i dymheredd cychwynnol yr haen MB ostwng.Mae pwysau ecwilibriwm is yn digwydd pan fo'r tymheredd cychwynnol yn is.Po fwyaf yw'r gwahaniaeth pwysedd rhwng y pwysedd ecwilibriwm a'r pwysau cymhwysol, y cyflymaf yw'r broses o amsugno hydrogen.Ar dymheredd cychwynnol o 473 K, mae hydrogen yn cael ei amsugno'n gyflym hyd at 27% yn ystod y 18 eiliad cyntaf.Yn ogystal, gostyngwyd yr amser amsugno hefyd o 11% i 24% ar dymheredd cychwynnol is o'i gymharu â'r tymheredd cychwynnol o 623 K. Yr amser amsugno ar y tymheredd cychwynnol isaf o 473 K yw 15247 s, sy'n debyg i'r gorau pwysau llwytho achos, fodd bynnag, mae'r gostyngiad mewn tymheredd adweithydd tymheredd cychwynnol yn arwain at ostyngiad mewn cynhwysedd storio hydrogen.Rhaid i dymheredd cychwynnol yr adweithydd MN fod o leiaf 503 K53.Yn ogystal, ar dymheredd cychwynnol o 573 K53, gellir cyflawni cynhwysedd storio hydrogen uchaf o 3.6 wt%.O ran cynhwysedd storio hydrogen a hyd amsugno, mae tymereddau rhwng 523 a 573 K yn byrhau'r amser dim ond 6%.Felly, cynigir tymheredd o 573 K fel tymheredd cychwynnol yr adweithydd MH-SCHE.Fodd bynnag, roedd effaith y tymheredd cychwynnol ar y broses amsugno yn llai arwyddocaol o'i gymharu â'r pwysau llwytho.Mae'r adran atodol yn dangos cyfuchliniau'r crynodiad hydrogen ar gyfer tymereddau cychwynnol amrywiol ar 15500 s.
Mae'r gyfradd llif yn un o brif baramedrau hydrogeniad a dadhydrogeniad oherwydd gall effeithio ar gynnwrf a thynnu gwres neu fewnbwn yn ystod hydrogeniad a dadhydrogeniad59.Bydd cyfraddau llif uchel yn creu cyfnodau cythryblus ac yn arwain at lif hylif cyflymach trwy'r tiwbiau HTF.Bydd yr adwaith hwn yn arwain at drosglwyddo gwres yn gyflymach.Cyfrifir gwahanol gyflymderau mynediad ar gyfer HTF ar sail niferoedd Reynolds o 10,000, 14,000, 18,000, a 22,000.Roedd tymheredd cychwynnol yr haen MG yn sefydlog ar 573 K a'r pwysau llwytho yn 1.8 MPa.Mae'r canlyniadau yn ffig.8c dangos bod defnyddio rhif Reynolds uwch ar y cyd â SCHE yn arwain at gyfradd derbyn uwch.Wrth i nifer Reynolds gynyddu o 10,000 i 22,000, mae'r amser amsugno yn gostwng tua 28-50%.Yr amser amsugno yn rhif Reynolds o 22,000 yw 12,505 eiliad, sy'n llai nag ar wahanol dymereddau a phwysau llwytho cychwynnol.Cyflwynir cyfuchliniau crynodiad hydrogen ar gyfer niferoedd Reynolds amrywiol ar gyfer GTP ar 12500 s yn yr adran atodol.
Mae effaith SCHE ar dymheredd cychwynnol yr HTF yn cael ei dadansoddi a'i dangos yn Ffig. 8d.Ar dymheredd MG cychwynnol o 573 K a phwysedd llwytho hydrogen o 1.8 MPa, dewiswyd pedwar tymheredd cychwynnol ar gyfer y dadansoddiad hwn: 373 K, 473 K, 523 K, a 573 K. Mae 8d yn dangos gostyngiad yn nhymheredd yr oerydd yn y fewnfa yn arwain at ostyngiad yn yr amser amsugno.O'i gymharu â'r achos sylfaenol gyda thymheredd mewnfa o 573 K, gostyngwyd yr amser amsugno tua 20%, 44% a 56% ar gyfer tymereddau mewnfa o 523 K, 473 K a 373 K, yn y drefn honno.Ar 6917 s, tymheredd cychwynnol y GTF yw 373 K, y crynodiad hydrogen yn yr adweithydd yw 90%.Gellir esbonio hyn trwy drosglwyddiad gwres darfudol gwell rhwng yr haen MG a'r HCS.Bydd tymereddau HTF is yn cynyddu afradu gwres ac yn arwain at fwy o hydrogen yn cael ei ddefnyddio.Ymhlith yr holl baramedrau gweithredu, gwella perfformiad yr adweithydd MH-SCHE trwy gynyddu tymheredd mewnfa HTF oedd y dull mwyaf addas, gan fod amser diwedd y broses amsugno yn llai na 7000 s, tra bod yr amser amsugno byrraf o ddulliau eraill yn fwy. na 10000 s.Cyflwynir cyfuchliniau crynodiad hydrogen ar gyfer tymereddau cychwynnol amrywiol GTP am 7000 s.
Mae'r astudiaeth hon yn cyflwyno am y tro cyntaf cyfnewidydd gwres coil lled-silindraidd newydd wedi'i integreiddio i uned storio hydrid metel.Archwiliwyd gallu'r system arfaethedig i amsugno hydrogen gyda chyfluniadau amrywiol y cyfnewidydd gwres.Ymchwiliwyd i ddylanwad y paramedrau gweithredu ar y cyfnewid gwres rhwng yr haen hydrid metel a'r oerydd er mwyn dod o hyd i'r amodau gorau posibl ar gyfer storio hydridau metel gan ddefnyddio cyfnewidydd gwres newydd.Mae prif ganfyddiadau’r astudiaeth hon wedi’u crynhoi fel a ganlyn:
Gyda chyfnewidydd gwres coil lled-silindraidd, mae'r perfformiad trosglwyddo gwres yn cael ei wella oherwydd bod ganddo ddosbarthiad gwres mwy unffurf yn yr adweithydd haen magnesiwm, gan arwain at gyfradd amsugno hydrogen gwell.Ar yr amod bod cyfaint y tiwb cyfnewid gwres a hydrid metel yn aros yn ddigyfnewid, mae'r amser adwaith amsugno yn cael ei leihau'n sylweddol 59% o'i gymharu â chyfnewidydd gwres coiled coiled confensiynol.
Amser post: Ionawr-15-2023