金属氢化物储氢反应器放氢特性的数值模拟

• 作者: 鲍泽威 朱泽志 牟晓锋 闫栋
• 来源期刊: 工程科学与技术
• 关键词: 金属氢化物 储氢 反应器 放氢过程 数值模拟
• 年，卷（期）: 2021,（2）
• 所属期刊栏目: 化学工程与材料工程|CHEMICAL ENGINEERING & MATERIAL ENGINEERING
• 页码范围: 151-157
• 页数: 7页
• 分类号: TQ052.5
• 语种: 中文
• DOI: 10.15961/j.jsuese.202000315

摘要

为了研究金属氢化物储氢反应器放氢过程的热质传递特性,建立了金属氢化物反应器的2维轴对称数学模型.此反应器内装填了Ti0.95Zr0.05Mn1.55V0.45Fe0.09储氢合金和膨胀石墨组成的复合压块.通过与文献中实验数据的对比验证了所建立模型的有效性.考察了换热流体温度、流体平均流速和氢气排出压力变化对金属氢化物反应器放氢过程的影响,比较了优化操作参数和基准操作参数下的放氢性能.并对优化操作参数下放氢反应过程特征进行了分析.模拟结果表明:换热管附近床层区域的换热效果更好,放氢反应进行得更快.当换热流体温度从313.15 K升高到353.15 K时,放氢时间从17100 s降低到了6700 s.虽然提高换热流体平均流速可以缩短反应器的放氢反应时间,但其强化效果是很有限的.当换热流体流速超过3 m/s时,氢化物床与换热管壁之间的接触热阻成为整个传热过程的主要热阻,增加流速的强化效果已不明显.优化后的操作参数为:氢气排出压力为0.3 MPa、换热流体温度为353.15 K、换热流体平均流速为3 m/s.与基准操作参数相比,放氢反应时间缩短了约56％,对操作参数的优化能够显著地提高反应器的放氢速率.Ti0.95Zr0.05Mn1.55V0.45Fe0.09合金的放氢反应过程仅仅在前4 s内主要受氢气压力的控制,而随后的反应过程主要是受传热过程控制.