Nature.com ला भेट दिल्याबद्दल धन्यवाद.तुम्ही मर्यादित CSS समर्थनासह ब्राउझर आवृत्ती वापरत आहात.सर्वोत्तम अनुभवासाठी, आम्ही शिफारस करतो की तुम्ही अद्ययावत ब्राउझर वापरा (किंवा इंटरनेट एक्सप्लोररमध्ये सुसंगतता मोड अक्षम करा).याव्यतिरिक्त, सतत समर्थन सुनिश्चित करण्यासाठी, आम्ही शैली आणि JavaScript शिवाय साइट दर्शवतो.
एकाच वेळी तीन स्लाइड्सचे कॅरोसेल प्रदर्शित करते.एका वेळी तीन स्लाइड्समधून जाण्यासाठी मागील आणि पुढील बटणे वापरा किंवा एका वेळी तीन स्लाइड्समधून जाण्यासाठी शेवटी स्लाइडर बटणे वापरा.
मेटल हायड्राइड्स (MH) हे हायड्रोजन साठवण क्षमता, कमी ऑपरेटिंग दाब आणि उच्च सुरक्षिततेमुळे हायड्रोजन संचयनासाठी सर्वात योग्य सामग्री गटांपैकी एक म्हणून ओळखले जातात.तथापि, त्यांचे आळशी हायड्रोजन अपटेक गतिशास्त्र मोठ्या प्रमाणात स्टोरेज कार्यप्रदर्शन कमी करते.MH स्टोरेजमधून जलद उष्णता काढून टाकणे हे हायड्रोजन शोषण दर वाढवण्यात महत्त्वाची भूमिका बजावू शकते, परिणामी स्टोरेज कामगिरी सुधारते.या संदर्भात, एमएच स्टोरेज सिस्टमच्या हायड्रोजन अपटेक रेटवर सकारात्मक प्रभाव पाडण्यासाठी उष्णता हस्तांतरण वैशिष्ट्ये सुधारणे हा या अभ्यासाचा उद्देश होता.नवीन अर्ध-दंडगोलाकार कॉइल प्रथम हायड्रोजन स्टोरेजसाठी विकसित आणि ऑप्टिमाइझ करण्यात आली आणि अंतर्गत एअर-एज-हीट एक्सचेंजर (HTF) म्हणून समाविष्ट केली गेली.वेगवेगळ्या पिच आकारांवर आधारित, नवीन हीट एक्सचेंजर कॉन्फिगरेशनच्या प्रभावाचे विश्लेषण केले जाते आणि पारंपारिक हेलिकल कॉइल भूमितीशी तुलना केली जाते.याव्यतिरिक्त, इष्टतम मूल्ये प्राप्त करण्यासाठी MG आणि GTP च्या स्टोरेजच्या ऑपरेटिंग पॅरामीटर्सचा अंकीयदृष्ट्या अभ्यास केला गेला.संख्यात्मक सिम्युलेशनसाठी, ANSYS Fluent 2020 R2 वापरले जाते.या अभ्यासाचे परिणाम असे दर्शवतात की अर्ध-दंडगोलाकार कॉइल हीट एक्सचेंजर (SCHE) वापरून MH स्टोरेज टाकीची कार्यक्षमता लक्षणीयरीत्या सुधारली जाऊ शकते.पारंपारिक सर्पिल कॉइल हीट एक्सचेंजर्सच्या तुलनेत, हायड्रोजन शोषणाचा कालावधी 59% कमी होतो.SCHE कॉइलमधील सर्वात लहान अंतरामुळे शोषण वेळेत 61% घट झाली.एसएचई वापरून एमजी स्टोरेजच्या ऑपरेटिंग पॅरामीटर्सच्या संदर्भात, सर्व निवडलेल्या पॅरामीटर्समुळे हायड्रोजन शोषण प्रक्रियेत लक्षणीय सुधारणा होते, विशेषत: एचटीएसच्या इनलेटमधील तापमान.
जीवाश्म इंधनावर आधारित ऊर्जेपासून अक्षय ऊर्जेकडे जागतिक संक्रमण होत आहे.नवीकरणीय ऊर्जेचे अनेक प्रकार डायनॅमिक पद्धतीने वीज पुरवतात, त्यामुळे भार संतुलित करण्यासाठी ऊर्जा साठवण आवश्यक असते.हायड्रोजन-आधारित ऊर्जा संचयनाने या उद्देशासाठी बरेच लक्ष वेधले आहे, विशेषत: कारण हायड्रोजन त्याच्या गुणधर्म आणि पोर्टेबिलिटीमुळे "हिरवा" पर्यायी इंधन आणि ऊर्जा वाहक म्हणून वापरला जाऊ शकतो.याव्यतिरिक्त, हायड्रोजन जीवाश्म इंधनाच्या तुलनेत प्रति युनिट वस्तुमान जास्त ऊर्जा सामग्री देखील देते.हायड्रोजन ऊर्जा साठवणाचे चार मुख्य प्रकार आहेत: संकुचित वायू संचयन, भूमिगत संचयन, द्रव संचयन आणि घन साठवण.बस आणि फोर्कलिफ्ट सारख्या इंधन सेल वाहनांमध्ये कॉम्प्रेस्ड हायड्रोजन हा मुख्य प्रकार वापरला जातो.तथापि, हे संचयन हायड्रोजनची कमी घनता प्रदान करते (अंदाजे 0.089 kg/m3) आणि उच्च ऑपरेटिंग दाब3 शी संबंधित सुरक्षिततेच्या समस्या आहेत.कमी सभोवतालच्या तापमानात आणि दाबावर रूपांतरण प्रक्रियेवर आधारित, द्रव संचय हायड्रोजन द्रव स्वरूपात साठवेल.तथापि, द्रवीकरण झाल्यावर, सुमारे 40% ऊर्जा नष्ट होते.याव्यतिरिक्त, हे तंत्रज्ञान सॉलिड स्टेट स्टोरेज तंत्रज्ञानाच्या तुलनेत अधिक ऊर्जा आणि श्रम-केंद्रित म्हणून ओळखले जाते4.सॉलिड स्टोरेज हा हायड्रोजन इकॉनॉमीसाठी एक व्यवहार्य पर्याय आहे, जो हायड्रोजनचे शोषण करून घन पदार्थांमध्ये हायड्रोजनचा समावेश करून आणि डिसॉर्प्शनद्वारे हायड्रोजन सोडतो.मेटल हायड्राइड (MH), एक घन पदार्थ साठवण तंत्रज्ञान, उच्च हायड्रोजन क्षमता, कमी ऑपरेटिंग दाब आणि द्रव साठवणुकीच्या तुलनेत कमी किमतीमुळे इंधन सेल ऍप्लिकेशन्समध्ये अलीकडील स्वारस्य आहे, आणि स्थिर आणि मोबाइल अनुप्रयोगांसाठी योग्य आहे 6,7 मध्ये याशिवाय, MH मटेरिअल देखील सुरक्षितता गुणधर्म प्रदान करतात जसे की मोठ्या क्षमतेचे कार्यक्षम स्टोरेज8.तथापि, एक समस्या आहे जी MG ची उत्पादकता मर्यादित करते: MG अणुभट्टीची कमी थर्मल चालकता हायड्रोजनचे शोषण आणि शोषण कमी करते.
एक्सोथर्मिक आणि एंडोथर्मिक प्रतिक्रियांदरम्यान योग्य उष्णता हस्तांतरण ही MH अणुभट्ट्यांची कार्यक्षमता सुधारण्याची गुरुकिल्ली आहे.हायड्रोजन लोडिंग प्रक्रियेसाठी, जास्तीत जास्त स्टोरेज क्षमतेसह इच्छित दराने हायड्रोजन लोडिंग प्रवाह नियंत्रित करण्यासाठी व्युत्पन्न उष्णता अणुभट्टीमधून काढून टाकली जाणे आवश्यक आहे.त्याऐवजी, डिस्चार्ज दरम्यान हायड्रोजन उत्क्रांतीचा दर वाढवण्यासाठी उष्णता आवश्यक आहे.उष्णता आणि वस्तुमान हस्तांतरण कार्यप्रदर्शन सुधारण्यासाठी, अनेक संशोधकांनी ऑपरेटिंग पॅरामीटर्स, MG संरचना आणि MG11 ऑप्टिमायझेशन यासारख्या अनेक घटकांवर आधारित डिझाइन आणि ऑप्टिमायझेशनचा अभ्यास केला आहे.एमजी लेयर्स 12,13 मध्ये फोम मेटल सारखी उच्च थर्मल चालकता सामग्री जोडून एमजी ऑप्टिमायझेशन केले जाऊ शकते.अशा प्रकारे, प्रभावी थर्मल चालकता 0.1 ते 2 W/mK10 पर्यंत वाढवता येते.तथापि, घन पदार्थांच्या जोडणीमुळे एमएन अणुभट्टीची शक्ती लक्षणीयरीत्या कमी होते.ऑपरेटिंग पॅरामीटर्सच्या संदर्भात, एमजी लेयर आणि कूलंट (एचटीएफ) च्या सुरुवातीच्या ऑपरेटिंग परिस्थितीला अनुकूल करून सुधारणा साध्य केल्या जाऊ शकतात.अणुभट्टीची भूमिती आणि हीट एक्सचेंजरच्या डिझाइनमुळे एमजीची रचना ऑप्टिमाइझ केली जाऊ शकते.एमएच रिअॅक्टर हीट एक्सचेंजरच्या कॉन्फिगरेशनबद्दल, पद्धती दोन प्रकारांमध्ये विभागल्या जाऊ शकतात.हे MO लेयरमध्ये तयार केलेले अंतर्गत उष्णता एक्सचेंजर्स आहेत आणि बाह्य हीट एक्सचेंजर्स आहेत जे MO लेयरला कव्हर करतात जसे की पंख, कूलिंग जॅकेट आणि वॉटर बाथ.बाह्य उष्णता एक्सचेंजरच्या संदर्भात, Kaplan16 ने MH अणुभट्टीच्या ऑपरेशनचे विश्लेषण केले, अणुभट्टीच्या आत तापमान कमी करण्यासाठी थंड पाण्याचा जॅकेट म्हणून वापर केला.परिणामांची तुलना 22 राउंड फिन अणुभट्टी आणि नैसर्गिक संवहनाने थंड झालेली दुसरी अणुभट्टी यांच्याशी करण्यात आली.ते सांगतात की कूलिंग जॅकेटची उपस्थिती MH चे तापमान लक्षणीयरीत्या कमी करते, ज्यामुळे शोषण दर वाढतो.पाटील आणि गोपाल 17 यांनी केलेल्या वॉटर-जॅकेटेड MH अणुभट्टीच्या संख्यात्मक अभ्यासातून असे दिसून आले आहे की हायड्रोजन पुरवठा दाब आणि HTF तापमान हे हायड्रोजन शोषण आणि डिसॉर्प्शनच्या दरावर परिणाम करणारे प्रमुख घटक आहेत.
MH मध्ये तयार केलेले पंख आणि हीट एक्सचेंजर्स जोडून उष्णता हस्तांतरण क्षेत्र वाढवणे ही उष्णता आणि वस्तुमान हस्तांतरण कार्यप्रदर्शन सुधारण्याची गुरुकिल्ली आहे आणि म्हणूनच MH18 चे स्टोरेज कार्यप्रदर्शन सुधारते.MH19,20,21,22,23,24,25,26 अणुभट्टीमध्ये शीतलक प्रसारित करण्यासाठी अनेक अंतर्गत उष्णता एक्सचेंजर कॉन्फिगरेशन (स्ट्रेट ट्यूब आणि सर्पिल कॉइल) डिझाइन केले आहेत.अंतर्गत हीट एक्सचेंजर वापरून, हायड्रोजन शोषण प्रक्रियेदरम्यान कूलिंग किंवा हीटिंग लिक्विड MH रिअॅक्टरमध्ये स्थानिक उष्णता हस्तांतरित करेल.राजू आणि कुमार [२७] यांनी एमजीचे कार्यप्रदर्शन सुधारण्यासाठी हीट एक्सचेंजर म्हणून अनेक सरळ नळ्या वापरल्या.त्यांच्या परिणामांवरून असे दिसून आले की जेव्हा उष्मा एक्सचेंजर म्हणून सरळ नळ्या वापरल्या गेल्या तेव्हा शोषण्याची वेळ कमी झाली.याव्यतिरिक्त, सरळ नळ्या वापरल्याने हायड्रोजन डिसॉर्प्शन टाइम28 कमी होतो.उच्च शीतलक प्रवाह दर हायड्रोजन चार्जिंग आणि डिस्चार्जिंगचा दर वाढवतात29.तथापि, शीतलक नळ्यांची संख्या वाढवल्याने कूलंट प्रवाह दर 30,31 ऐवजी MH कार्यक्षमतेवर सकारात्मक परिणाम होतो.राजू et al.32 ने अणुभट्ट्यांमधील मल्टीट्यूब हीट एक्सचेंजर्सच्या कार्यक्षमतेचा अभ्यास करण्यासाठी MH सामग्री म्हणून LaMi4.7Al0.3 चा वापर केला.त्यांनी नोंदवले की ऑपरेटिंग पॅरामीटर्सचा शोषण प्रक्रियेवर महत्त्वपूर्ण प्रभाव पडतो, विशेषत: फीड दाब आणि नंतर एचटीएफचा प्रवाह दर.तथापि, शोषण तापमान कमी गंभीर असल्याचे दिसून आले.
सर्पिल कॉइल हीट एक्सचेंजरच्या वापराने MH अणुभट्टीचे कार्यप्रदर्शन अधिक सुधारते कारण सरळ नळ्यांच्या तुलनेत त्याच्या सुधारित उष्णता हस्तांतरणामुळे.याचे कारण असे की दुय्यम चक्र अणुभट्टी 25 मधून उष्णता चांगल्या प्रकारे काढून टाकू शकते.याव्यतिरिक्त, सर्पिल नळ्या एमएच लेयरपासून शीतलकापर्यंत उष्णता हस्तांतरणासाठी मोठ्या पृष्ठभागाचे क्षेत्र प्रदान करतात.जेव्हा ही पद्धत अणुभट्टीच्या आत सुरू केली जाते, तेव्हा उष्णता विनिमय नळ्यांचे वितरण देखील अधिक एकसमान होते.वांग वगैरे.34 ने MH अणुभट्टीमध्ये हेलिकल कॉइल जोडून हायड्रोजन ग्रहण कालावधीच्या प्रभावाचा अभ्यास केला.त्यांचे परिणाम असे दर्शवतात की कूलंटचे उष्णता हस्तांतरण गुणांक जसजसे वाढते तसतसे शोषण वेळ कमी होतो.वू इ.25 ने Mg2Ni आधारित MH अणुभट्ट्या आणि कॉइल केलेले कॉइल हीट एक्सचेंजर्सच्या कामगिरीची तपासणी केली.त्यांच्या संख्यात्मक अभ्यासाने प्रतिक्रिया वेळेत घट दर्शविली आहे.MN अणुभट्टीतील उष्णता हस्तांतरण यंत्रणेतील सुधारणा स्क्रू पिच ते स्क्रू पिच आणि डायमेंशनलेस स्क्रू पिच यांच्या लहान गुणोत्तरावर आधारित आहे.मेल्लोउली एट अल.२१ च्या प्रायोगिक अभ्यासात कॉइल केलेल्या कॉइलचा अंतर्गत हीट एक्सचेंजर म्हणून वापर करून असे दिसून आले आहे की एचटीएफ प्रारंभ तापमानाचा हायड्रोजन अपटेक आणि डिसॉर्प्शन वेळ सुधारण्यावर महत्त्वपूर्ण प्रभाव पडतो.विविध अंतर्गत उष्णता एक्सचेंजर्सचे संयोजन अनेक अभ्यासांमध्ये केले गेले आहे.इसापूर वगैरे.35 ने हायड्रोजन शोषण प्रक्रिया सुधारण्यासाठी मध्यवर्ती रिटर्न ट्यूबसह स्पायरल कॉइल हीट एक्सचेंजर वापरून हायड्रोजन स्टोरेजचा अभ्यास केला.त्यांच्या परिणामांवरून असे दिसून आले की सर्पिल ट्यूब आणि मध्यवर्ती रिटर्न ट्यूब कूलंट आणि एमजी दरम्यान उष्णता हस्तांतरणामध्ये लक्षणीय सुधारणा करतात.सर्पिल ट्यूबचा लहान पिच आणि मोठा व्यास उष्णता आणि वस्तुमान हस्तांतरणाचा दर वाढवतो.अर्दाहाई वगैरे.अणुभट्टीमध्ये उष्णता हस्तांतरण सुधारण्यासाठी 36 फ्लॅट सर्पिल नळ्या हीट एक्सचेंजर्स म्हणून वापरतात.त्यांनी नोंदवले की सपाट सर्पिल ट्यूब प्लेनची संख्या वाढवून शोषण कालावधी कमी झाला.विविध अंतर्गत उष्णता एक्सचेंजर्सचे संयोजन अनेक अभ्यासांमध्ये केले गेले आहे.धाऊ वगैरे.37 ने कॉइल केलेले कॉइल हीट एक्सचेंजर आणि पंख वापरून MH चे कार्यप्रदर्शन सुधारले.त्यांचे परिणाम असे दर्शवतात की ही पद्धत पंख नसलेल्या केसांच्या तुलनेत हायड्रोजन भरण्याची वेळ 2 च्या घटकाने कमी करते.कंकणाकृती पंख कूलिंग ट्यूबसह एकत्र केले जातात आणि MN अणुभट्टीमध्ये तयार केले जातात.या अभ्यासाचे परिणाम असे दर्शवतात की ही एकत्रित पद्धत पंखांशिवाय MH अणुभट्टीच्या तुलनेत अधिक समान उष्णता हस्तांतरण प्रदान करते.तथापि, भिन्न उष्णता एक्सचेंजर्स एकत्र केल्याने MH अणुभट्टीचे वजन आणि आवाजावर नकारात्मक परिणाम होईल.Wu et al.18 ने वेगवेगळ्या हीट एक्सचेंजर कॉन्फिगरेशनची तुलना केली.यामध्ये सरळ नळ्या, पंख आणि सर्पिल कॉइल समाविष्ट आहेत.लेखकांनी नोंदवले आहे की सर्पिल कॉइल उष्णता आणि वस्तुमान हस्तांतरणामध्ये सर्वोत्तम सुधारणा प्रदान करतात.याव्यतिरिक्त, सरळ नळ्या, गुंडाळलेल्या नळ्या आणि गुंडाळलेल्या नळ्यांसह एकत्रित केलेल्या सरळ नळ्यांच्या तुलनेत, दुहेरी कॉइलचा उष्णता हस्तांतरण सुधारण्यावर चांगला परिणाम होतो.शेखर इत्यादींनी केलेला अभ्यास.40 ने दाखवले की हायड्रोजनच्या सेवनात अशीच सुधारणा सर्पिल कॉइलचा वापर करून अंतर्गत उष्णता एक्सचेंजर आणि फिनन्ड बाह्य कूलिंग जॅकेट वापरून केली गेली.
वर नमूद केलेल्या उदाहरणांपैकी, अंतर्गत हीट एक्सचेंजर्स म्हणून स्पायरल कॉइलचा वापर इतर हीट एक्सचेंजर्स, विशेषत: सरळ नळ्या आणि पंखांपेक्षा चांगली उष्णता आणि वस्तुमान हस्तांतरण सुधारणा प्रदान करतो.म्हणून, उष्णता हस्तांतरण कार्यप्रदर्शन सुधारण्यासाठी सर्पिल कॉइलचा आणखी विकास करणे हा या अभ्यासाचा उद्देश होता.प्रथमच, पारंपरिक MH स्टोरेज हेलिकल कॉइलवर आधारित नवीन अर्ध-दंडगोलाकार कॉइल विकसित करण्यात आली आहे.MH बेड आणि HTF ट्यूब्सच्या स्थिर व्हॉल्यूमद्वारे प्रदान केलेल्या चांगल्या हीट ट्रान्सफर झोन लेआउटसह नवीन हीट एक्सचेंजर डिझाइनचा विचार करून या अभ्यासातून हायड्रोजन स्टोरेज कार्यप्रदर्शन सुधारण्याची अपेक्षा आहे.या नवीन हीट एक्सचेंजरच्या स्टोरेज परफॉर्मन्सची नंतर वेगवेगळ्या कॉइल पिचवर आधारित पारंपारिक स्पायरल कॉइल हीट एक्सचेंजर्सशी तुलना केली गेली.विद्यमान साहित्यानुसार, ऑपरेटिंग परिस्थिती आणि कॉइलमधील अंतर हे MH अणुभट्ट्यांच्या कार्यक्षमतेवर परिणाम करणारे मुख्य घटक आहेत.या नवीन हीट एक्सचेंजरच्या डिझाइनला अनुकूल करण्यासाठी, हायड्रोजन अपटेक टाइम आणि MH व्हॉल्यूमवर कॉइल स्पेसिंगचा प्रभाव तपासला गेला.याव्यतिरिक्त, नवीन हेमी-सिलिंड्रिकल कॉइल्स आणि ऑपरेटिंग परिस्थिती यांच्यातील संबंध समजून घेण्यासाठी, या अभ्यासाचे दुय्यम उद्दिष्ट वेगवेगळ्या ऑपरेटिंग पॅरामीटर श्रेणीनुसार अणुभट्टीच्या वैशिष्ट्यांचा अभ्यास करणे आणि प्रत्येक ऑपरेटिंगसाठी योग्य मूल्ये निर्धारित करणे हे होते. मोडपॅरामीटर
या अभ्यासात हायड्रोजन ऊर्जा साठवण यंत्राच्या कार्यक्षमतेची तपासणी दोन हीट एक्सचेंजर कॉन्फिगरेशनच्या आधारे केली जाते (1 ते 3 प्रकरणांमध्ये सर्पिल ट्यूब आणि 4 ते 6 प्रकरणांमध्ये अर्ध-दंडगोलाकार नळ्या) आणि ऑपरेटिंग पॅरामीटर्सचे संवेदनशीलता विश्लेषण.हीट एक्सचेंजर म्हणून सर्पिल ट्यूब वापरून प्रथमच MH अणुभट्टीच्या कार्यक्षमतेची चाचणी घेण्यात आली.कूलंट ऑइल पाईप आणि MH रिअॅक्टर जहाज दोन्ही स्टेनलेस स्टीलचे बनलेले आहेत.हे लक्षात घ्यावे की एमजी अणुभट्टीची परिमाणे आणि जीटीएफ पाईप्सचा व्यास सर्व प्रकरणांमध्ये स्थिर होता, तर जीटीएफच्या चरणांचे आकार भिन्न होते.हा विभाग HTF कॉइल्सच्या पिच आकाराच्या परिणामाचे विश्लेषण करतो.अणुभट्टीची उंची आणि बाह्य व्यास अनुक्रमे 110 मिमी आणि 156 मिमी होते.उष्णता-वाहक तेल पाईपचा व्यास 6 मिमी वर सेट केला आहे.सर्पिल नळ्या आणि दोन अर्ध-दंडगोलाकार नळ्या असलेल्या MH अणुभट्टी सर्किट आकृतीवरील तपशीलांसाठी पूरक विभाग पहा.
अंजीर वर.1a MH सर्पिल ट्यूब अणुभट्टी आणि त्याची परिमाणे दर्शविते.सर्व भौमितिक मापदंड टेबलमध्ये दिले आहेत.1. हेलिक्सची एकूण मात्रा आणि ZG ची मात्रा अनुक्रमे अंदाजे 100 सेमी 3 आणि 2000 सेमी 3 आहे.या MH अणुभट्टीतून, HTF च्या रूपात हवा सर्पिल नलिकाद्वारे सच्छिद्र MH अणुभट्टीत खालून पोसली गेली आणि अणुभट्टीच्या वरच्या पृष्ठभागावरून हायड्रोजनचा परिचय झाला.
मेटल हायड्राइड रिअॅक्टर्ससाठी निवडलेल्या भूमितींचे वैशिष्ट्यीकरण.अ) सर्पिल-ट्यूब्युलर हीट एक्सचेंजरसह, ब) अर्ध-दंडगोलाकार ट्यूबलर हीट एक्सचेंजरसह.
दुसरा भाग हीट एक्सचेंजर म्हणून अर्ध-दंडगोलाकार नळीवर आधारित MH अणुभट्टीच्या ऑपरेशनचे परीक्षण करतो.अंजीर वर.1b दोन अर्ध-दंडगोलाकार नळ्या आणि त्यांचे परिमाण असलेले MN अणुभट्टी दाखवते.सारणी 1 अर्ध-दंडगोलाकार पाईप्सच्या सर्व भौमितीय मापदंडांची सूची देते, जे त्यांच्यातील अंतर वगळता स्थिर राहतात.हे नोंद घ्यावे की केस 4 मधील अर्ध-दंडगोलाकार ट्यूबची रचना एचटीएफ ट्यूबच्या स्थिर व्हॉल्यूमसह आणि कॉइल केलेल्या ट्यूबमध्ये (पर्याय 3) एमएच मिश्र धातुसह केली गेली होती.अंजीर साठी म्हणून.1b, दोन अर्ध-दंडगोलाकार HTF ट्यूबच्या तळापासून हवा देखील आणली गेली आणि MH अणुभट्टीच्या विरुद्ध दिशेने हायड्रोजनचा परिचय झाला.
उष्मा एक्सचेंजरच्या नवीन डिझाइनमुळे, या विभागाचा उद्देश SCHE सह संयोजनात MH अणुभट्टीच्या ऑपरेटिंग पॅरामीटर्ससाठी योग्य प्रारंभिक मूल्ये निर्धारित करणे आहे.सर्व प्रकरणांमध्ये, अणुभट्टीतून उष्णता काढून टाकण्यासाठी हवा शीतलक म्हणून वापरली गेली.उष्णता हस्तांतरण तेलांमध्ये, कमी किमतीमुळे आणि कमी पर्यावरणीय प्रभावामुळे MH अणुभट्ट्यांसाठी उष्णता हस्तांतरण तेल म्हणून हवा आणि पाणी सामान्यतः निवडले जाते.मॅग्नेशियम-आधारित मिश्र धातुंच्या उच्च ऑपरेटिंग तापमान श्रेणीमुळे, या अभ्यासात हवा शीतलक म्हणून निवडली गेली.याव्यतिरिक्त, इतर द्रव धातू आणि वितळलेल्या क्षारांच्या तुलनेत त्यात चांगली प्रवाह वैशिष्ट्ये देखील आहेत41.तक्ता 2 मध्ये 573 K वर हवेच्या गुणधर्मांची यादी दिली आहे. या विभागात संवेदनशीलता विश्लेषणासाठी, केवळ MH-SCHE कार्यप्रदर्शन पर्यायांची (4 ते 6 प्रकरणांमध्ये) सर्वोत्तम कॉन्फिगरेशन लागू केली आहे.या विभागातील अंदाज एमएच अणुभट्टीचे प्रारंभिक तापमान, हायड्रोजन लोडिंग प्रेशर, एचटीएफ इनलेट तापमान आणि एचटीएफ दर बदलून गणना केलेल्या रेनॉल्ड्स क्रमांकासह विविध ऑपरेटिंग पॅरामीटर्सवर आधारित आहेत.तक्ता 3 मध्ये संवेदनशीलता विश्लेषणासाठी वापरलेले सर्व ऑपरेटिंग पॅरामीटर्स आहेत.
हा विभाग हायड्रोजन शोषण, अशांतता आणि शीतलकांच्या उष्णता हस्तांतरणाच्या प्रक्रियेसाठी सर्व आवश्यक नियंत्रण समीकरणांचे वर्णन करतो.
हायड्रोजन अपटेक प्रतिक्रियेचे समाधान सुलभ करण्यासाठी, खालील गृहीतके तयार केली जातात आणि प्रदान केली जातात;
शोषणादरम्यान, हायड्रोजन आणि मेटल हायड्राइड्सचे थर्मोफिजिकल गुणधर्म स्थिर असतात.
हायड्रोजन हा एक आदर्श वायू मानला जातो, म्हणून स्थानिक थर्मल समतोल स्थिती 43,44 विचारात घेतली जाते.
जेथे \({L}_{gas}\) ही टाकीची त्रिज्या आहे आणि \({L}_{heat}\) ही टाकीची अक्षीय उंची आहे.जेव्हा N 0.0146 पेक्षा कमी असते, तेव्हा टाकीमधील हायड्रोजन प्रवाह सिम्युलेशनमध्ये लक्षणीय त्रुटीशिवाय दुर्लक्षित केले जाऊ शकते.सध्याच्या संशोधनानुसार, N 0.1 पेक्षा खूपच कमी आहे.म्हणून, दबाव ग्रेडियंट प्रभाव दुर्लक्षित केला जाऊ शकतो.
अणुभट्टीच्या भिंती सर्व बाबतीत चांगल्या प्रकारे इन्सुलेटेड होत्या.म्हणून, अणुभट्टी आणि पर्यावरण यांच्यात उष्णता विनिमय 47 नाही.
हे सर्वज्ञात आहे की Mg-आधारित मिश्रधातूंमध्ये चांगली हायड्रोजनेशन वैशिष्ट्ये आहेत आणि 7.6 wt%8 पर्यंत उच्च हायड्रोजन साठवण क्षमता आहे.सॉलिड स्टेट हायड्रोजन स्टोरेज ऍप्लिकेशन्सच्या दृष्टीने, या मिश्रधातूंना हलके पदार्थ म्हणून देखील ओळखले जाते.याव्यतिरिक्त, त्यांच्याकडे उत्कृष्ट उष्णता प्रतिरोध आणि चांगली प्रक्रियाक्षमता आहे8.अनेक Mg-आधारित मिश्र धातुंपैकी, Mg2Ni-आधारित MgNi मिश्रधातू MH संचयनासाठी सर्वात योग्य पर्यायांपैकी एक आहे कारण त्याची हायड्रोजन साठवण क्षमता 6 wt% पर्यंत आहे.Mg2Ni मिश्रधातू देखील MgH48 मिश्रधातूच्या तुलनेत जलद शोषण आणि desorption गतिशास्त्र प्रदान करतात.म्हणून, Mg2Ni या अभ्यासात मेटल हायड्राइड सामग्री म्हणून निवडले गेले.
हायड्रोजन आणि Mg2Ni hydride मधील उष्णता संतुलनावर आधारित ऊर्जा समीकरण 25 असे व्यक्त केले जाते:
X हे धातूच्या पृष्ठभागावर शोषलेल्या हायड्रोजनचे प्रमाण आहे, एकक \(वजन\%\), खालीलप्रमाणे शोषणादरम्यान गतीज समीकरण \(\frac{dX}{dt}\) वरून मोजले जाते:
जेथे \({C}_{a}\) प्रतिक्रिया दर आहे आणि \({E}_{a}\) सक्रियता ऊर्जा आहे.\({P}_{a,eq}\) शोषण प्रक्रियेदरम्यान मेटल हायड्राइड अणुभट्टीच्या आत असलेला समतोल दाब आहे, जो व्हॅन हॉफ समीकरणाने खालीलप्रमाणे दिलेला आहे25:
जेथे \({P}_{ref}\) 0.1 MPa चा संदर्भ दाब आहे.\(\Delta H\) आणि \(\Delta S\) अनुक्रमे अभिक्रियाची एन्थॅल्पी आणि एन्ट्रॉपी आहेत.Mg2Ni आणि हायड्रोजन मिश्रधातूंचे गुणधर्म टेबलमध्ये सादर केले आहेत.4. नामित यादी पुरवणी विभागात आढळू शकते.
द्रव प्रवाह अशांत मानला जातो कारण त्याचा वेग आणि रेनॉल्ड्स क्रमांक (री) अनुक्रमे 78.75 ms-1 आणि 14000 आहेत.या अभ्यासात, एक साध्य करण्यायोग्य k-ε टर्ब्युलेन्स मॉडेल निवडले गेले.हे लक्षात घेतले जाते की ही पद्धत इतर k-ε पद्धतींच्या तुलनेत उच्च अचूकता प्रदान करते आणि RNG k-ε50,51 पद्धतींपेक्षा कमी गणना वेळ देखील आवश्यक आहे.उष्णता हस्तांतरण द्रव्यांच्या मूलभूत समीकरणांच्या तपशीलांसाठी पूरक विभाग पहा.
सुरुवातीला, एमएन अणुभट्टीमध्ये तापमान व्यवस्था एकसमान होती आणि सरासरी हायड्रोजन एकाग्रता 0.043 होती.असे गृहीत धरले जाते की MH अणुभट्टीची बाह्य सीमा चांगली इन्सुलेटेड आहे.मॅग्नेशियम-आधारित मिश्रधातूंना रिअॅक्टरमध्ये हायड्रोजन संचयित करण्यासाठी आणि सोडण्यासाठी विशेषत: उच्च प्रतिक्रिया ऑपरेटिंग तापमान आवश्यक असते.Mg2Ni मिश्रधातूला जास्तीत जास्त शोषणासाठी 523–603 K ची तापमान श्रेणी आणि संपूर्ण desorption52 साठी 573–603 K ची तापमान श्रेणी आवश्यक आहे.तथापि, मुथुकुमार एट अल.५३ च्या प्रायोगिक अभ्यासातून असे दिसून आले आहे की हायड्रोजन स्टोरेजसाठी Mg2Ni ची कमाल स्टोरेज क्षमता 573 K च्या ऑपरेटिंग तापमानात साध्य केली जाऊ शकते, जी त्याच्या सैद्धांतिक क्षमतेशी सुसंगत आहे.म्हणून, या अभ्यासात एमएन अणुभट्टीचे प्रारंभिक तापमान म्हणून 573 के तापमान निवडले गेले.
प्रमाणीकरण आणि विश्वसनीय परिणामांसाठी भिन्न ग्रिड आकार तयार करा.अंजीर वर.2 चार वेगवेगळ्या घटकांमधून हायड्रोजन शोषण प्रक्रियेत निवडलेल्या ठिकाणी सरासरी तापमान दाखवते.हे लक्षात घेण्यासारखे आहे की समान भूमितीमुळे ग्रिड स्वतंत्रतेची चाचणी घेण्यासाठी प्रत्येक कॉन्फिगरेशनची फक्त एक केस निवडली जाते.इतर प्रकरणांमध्ये समान मेशिंग पद्धत लागू केली जाते.म्हणून, सर्पिल पाईपसाठी पर्याय 1 आणि अर्ध-दंडगोलाकार पाईपसाठी पर्याय 4 निवडा.अंजीर वर.2a, b अनुक्रमे 1 आणि 4 पर्यायांसाठी अणुभट्टीतील सरासरी तापमान दर्शविते.निवडलेली तीन स्थाने अणुभट्टीच्या वरच्या, मध्यभागी आणि तळाशी असलेल्या बेडच्या तापमानाचे स्वरूप दर्शवतात.निवडलेल्या ठिकाणी तापमानाच्या आराखड्यावर आधारित, सरासरी तापमान स्थिर होते आणि केस 1 आणि 4 साठी अनुक्रमे 428,891 आणि 430,599 घटक क्रमांकांमध्ये थोडासा बदल दिसून येतो.म्हणून, हे ग्रिड आकार पुढील संगणकीय गणनेसाठी निवडले गेले.विविध पेशींच्या आकारासाठी हायड्रोजन शोषण प्रक्रियेसाठी सरासरी बेड तापमान आणि दोन्ही केसेससाठी क्रमशः परिष्कृत मेशेसची तपशीलवार माहिती पुरवणी विभागात दिली आहे.
वेगवेगळ्या ग्रिड क्रमांकांसह मेटल हायड्राइड अणुभट्टीमध्ये हायड्रोजन शोषण प्रक्रियेत निवडलेल्या बिंदूंवर सरासरी बेड तापमान.(a) केस 1 साठी निवडलेल्या ठिकाणी सरासरी तापमान आणि (b) केस 4 साठी निवडलेल्या ठिकाणी सरासरी तापमान.
या अभ्यासातील Mg-आधारित मेटल हायड्राइड अणुभट्टीची चाचणी मुथुकुमार et al.53 च्या प्रायोगिक परिणामांवर आधारित होती.त्यांच्या अभ्यासात, त्यांनी स्टेनलेस स्टीलच्या नळ्यांमध्ये हायड्रोजन साठवण्यासाठी Mg2Ni मिश्रधातूचा वापर केला.तांब्याच्या पंखांचा वापर अणुभट्टीच्या आत उष्णता हस्तांतरण सुधारण्यासाठी केला जातो.अंजीर वर.3a प्रायोगिक अभ्यास आणि या अभ्यासादरम्यान शोषण प्रक्रियेच्या बेडच्या सरासरी तापमानाची तुलना दर्शविते.या प्रयोगासाठी निवडलेल्या ऑपरेटिंग शर्ती आहेत: MG प्रारंभिक तापमान 573 K आणि इनलेट प्रेशर 2 MPa.अंजीर पासून.3a हे स्पष्टपणे दर्शविले जाऊ शकते की हा प्रायोगिक परिणाम सरासरी स्तर तापमानाच्या संदर्भात सध्याच्या परिणामाशी चांगला सहमत आहे.
मॉडेल सत्यापन.(a) Mg2Ni मेटल हायड्राइड अणुभट्टीचे कोड सत्यापन मुथुकुमार et al.52 च्या प्रायोगिक कार्याशी सध्याच्या अभ्यासाची तुलना करून, आणि (b) सर्पिल ट्यूब टर्ब्युलंट फ्लो मॉडेलची पडताळणी कुमार एट अल च्या सध्याच्या अभ्यासाशी तुलना करून .संशोधन.54.
टर्ब्युलेन्स मॉडेलची चाचणी घेण्यासाठी, निवडलेल्या टर्ब्युलेन्स मॉडेलच्या अचूकतेची पुष्टी करण्यासाठी या अभ्यासाच्या परिणामांची कुमार एट अल.५४ च्या प्रायोगिक परिणामांशी तुलना केली गेली.कुमार एट अल.५४ ने ट्यूब-इन-पाइप स्पायरल हीट एक्सचेंजरमधील अशांत प्रवाहाचा अभ्यास केला.विरुद्ध बाजूंनी इंजेक्ट केलेले गरम आणि थंड द्रव म्हणून पाणी वापरले जाते.गरम आणि थंड द्रव तापमान अनुक्रमे 323 के आणि 300 के आहे.रेनॉल्ड्सची संख्या गरम द्रवपदार्थांसाठी 3100 ते 5700 पर्यंत आणि थंड द्रवांसाठी 21,000 ते 35,000 पर्यंत आहे.गरम द्रवपदार्थांसाठी डीन संख्या 550-1000 आणि थंड द्रवांसाठी 3600-6000 आहेत.आतील पाईप (गरम द्रव साठी) आणि बाहेरील पाईप (थंड द्रव साठी) चे व्यास अनुक्रमे 0.0254 मीटर आणि 0.0508 मीटर आहेत.हेलिकल कॉइलचा व्यास आणि पिच अनुक्रमे 0.762 मीटर आणि 0.100 मीटर आहे.अंजीर वर.3b आतील नळीतील कूलंटसाठी नसेल्ट आणि डीन नंबरच्या विविध जोड्यांसाठी प्रायोगिक आणि वर्तमान परिणामांची तुलना दर्शविते.तीन भिन्न अशांत मॉडेल लागू केले गेले आणि प्रायोगिक परिणामांशी तुलना केली गेली.अंजीर मध्ये दाखवल्याप्रमाणे.3b, साध्य करण्यायोग्य k-ε टर्ब्युलेन्स मॉडेलचे परिणाम प्रायोगिक डेटाशी चांगले सहमत आहेत.त्यामुळे या अभ्यासात हे मॉडेल निवडण्यात आले.
या अभ्यासातील संख्यात्मक अनुकरण ANSYS Fluent 2020 R2 वापरून केले गेले.वापरकर्ता-परिभाषित कार्य (UDF) लिहा आणि शोषण प्रक्रियेच्या गतीशास्त्राची गणना करण्यासाठी ऊर्जा समीकरणाचा इनपुट टर्म म्हणून वापरा.PRESTO55 सर्किट आणि PISO56 पद्धत दाब-वेग संप्रेषण आणि दाब दुरुस्तीसाठी वापरली जाते.व्हेरिएबल ग्रेडियंटसाठी ग्रीन-गॉस सेल बेस निवडा.संवेग आणि ऊर्जा समीकरणे दुस-या क्रमाच्या अपविंड पद्धतीने सोडवली जातात.अंडर-रिलॅक्सेशन गुणांकांच्या संदर्भात, दबाव, वेग आणि ऊर्जा घटक अनुक्रमे 0.5, 0.7 आणि 0.7 वर सेट केले जातात.स्टॅंडर्ड वॉल फंक्शन्स टर्ब्युलेन्स मॉडेलमध्ये एचटीएफवर लागू केले जातात.
हा विभाग हायड्रोजन शोषणादरम्यान कॉइल केलेले कॉइल हीट एक्सचेंजर (HCHE) आणि हेलिकल कॉइल हीट एक्सचेंजर (SCHE) वापरून MH अणुभट्टीच्या सुधारित अंतर्गत उष्णता हस्तांतरणाच्या संख्यात्मक अनुकरणांचे परिणाम सादर करतो.अणुभट्टीच्या तपमानावर एचटीएफ खेळपट्टीचा प्रभाव आणि शोषण कालावधीचे विश्लेषण केले गेले.शोषण प्रक्रियेच्या मुख्य ऑपरेटिंग पॅरामीटर्सचा अभ्यास केला जातो आणि संवेदनशीलता विश्लेषण विभागात सादर केला जातो.
MH अणुभट्टीतील उष्णता हस्तांतरणावरील कॉइल अंतराच्या परिणामाची तपासणी करण्यासाठी, वेगवेगळ्या पिचसह तीन हीट एक्सचेंजर कॉन्फिगरेशनची तपासणी करण्यात आली.15 मिमी, 12.86 मिमी आणि 10 मिमीच्या तीन वेगवेगळ्या खेळपट्ट्या अनुक्रमे बॉडी 1, बॉडी 2 आणि बॉडी 3 नियुक्त केल्या आहेत.हे नोंद घ्यावे की पाईपचा व्यास 6 मिमी वर 573 के प्रारंभिक तापमानात आणि सर्व प्रकरणांमध्ये 1.8 एमपीए लोडिंग दाब निश्चित केला गेला होता.अंजीर वर.4 हे 1 ते 3 प्रकरणांमध्ये हायड्रोजन शोषण प्रक्रियेदरम्यान एमएच लेयरमधील सरासरी बेड तापमान आणि हायड्रोजन एकाग्रता दर्शविते. सामान्यतः, मेटल हायड्राइड आणि हायड्रोजन यांच्यातील प्रतिक्रिया शोषण प्रक्रियेसाठी एक्झोथर्मिक असते.म्हणून, जेव्हा हायड्रोजन प्रथम अणुभट्टीमध्ये प्रवेश केला जातो तेव्हा सुरुवातीच्या क्षणामुळे बेडचे तापमान वेगाने वाढते.बेडचे तापमान कमाल मूल्यापर्यंत पोहोचेपर्यंत वाढते आणि नंतर हळूहळू कमी होते कारण उष्णता कूलंटद्वारे वाहून जाते, ज्याचे तापमान कमी असते आणि शीतलक म्हणून कार्य करते.अंजीर मध्ये दाखवल्याप्रमाणे.4a, मागील स्पष्टीकरणामुळे, लेयरचे तापमान वेगाने वाढते आणि सतत कमी होते.शोषण प्रक्रियेसाठी हायड्रोजन एकाग्रता सहसा MH अणुभट्टीच्या बेड तापमानावर आधारित असते.जेव्हा सरासरी थर तापमान एका विशिष्ट तापमानापर्यंत खाली येते तेव्हा धातूची पृष्ठभाग हायड्रोजन शोषून घेते.हे फिजिसॉर्प्शन, केमिसॉर्प्शन, हायड्रोजनचा प्रसार आणि अणुभट्टीमध्ये त्याच्या हायड्राइड्सच्या निर्मितीच्या प्रक्रियेच्या प्रवेगमुळे होते.अंजीर पासून.4b हे पाहिले जाऊ शकते की कॉइल हीट एक्सचेंजरच्या लहान स्टेप व्हॅल्यूमुळे केस 3 मध्ये हायड्रोजन शोषणाचा दर इतर प्रकरणांपेक्षा कमी आहे.याचा परिणाम HTF पाईप्ससाठी एकंदर पाईप लांबी आणि मोठ्या उष्णता हस्तांतरण क्षेत्रामध्ये होतो.90% च्या सरासरी हायड्रोजन एकाग्रतेसह, केस 1 साठी शोषण्याची वेळ 46,276 सेकंद आहे.प्रकरण 1 मधील शोषण कालावधीच्या तुलनेत, प्रकरण 2 आणि 3 मध्ये शोषण कालावधी अनुक्रमे 724 s आणि 1263 s ने कमी झाला.पूरक विभाग HCHE-MH लेयरमधील निवडलेल्या स्थानांसाठी तापमान आणि हायड्रोजन एकाग्रता रूपरेषा सादर करतो.
सरासरी स्तर तापमान आणि हायड्रोजन एकाग्रतेवर कॉइलमधील अंतराचा प्रभाव.(a) हेलिकल कॉइल्ससाठी बेडचे सरासरी तापमान, (b) हेलिकल कॉइलसाठी हायड्रोजन एकाग्रता, (c) हेमी-सिलेंडर कॉइलसाठी बेडचे सरासरी तापमान आणि (d) हेमी-सिलेंडर कॉइलसाठी हायड्रोजन एकाग्रता.
एमजी अणुभट्टीची उष्णता हस्तांतरण वैशिष्ट्ये सुधारण्यासाठी, दोन एचएफसी एमजी (2000 सेमी 3) आणि पर्याय 3 च्या सर्पिल हीट एक्सचेंजर (100 सेमी 3) च्या स्थिर व्हॉल्यूमसाठी डिझाइन केले होते. हा विभाग दरम्यानच्या अंतराचा परिणाम देखील विचारात घेतो. केस 4 साठी 15 मिमी, केस 5 साठी 12.86 मिमी आणि केस 6 साठी 10 मिमी कॉइल. अंजीर मध्ये.4c,d सरासरी बेड तापमान आणि हायड्रोजन शोषण प्रक्रियेची एकाग्रता 573 के प्रारंभिक तापमान आणि 1.8 MPa लोडिंग प्रेशर दर्शवते.अंजीर 4c मधील सरासरी थर तापमानानुसार, केस 6 मधील कॉइलमधील लहान अंतर इतर दोन प्रकरणांच्या तुलनेत तापमानात लक्षणीय घट करते.केस 6 साठी, बेडच्या कमी तापमानामुळे हायड्रोजनचे प्रमाण जास्त होते (चित्र 4d पहा).व्हेरिएंट 4 साठी हायड्रोजन ग्रहण करण्याची वेळ 19542 s आहे, जी HCH वापरून 1-3 व्हेरिएंटच्या तुलनेत 2 पटीने कमी आहे.याव्यतिरिक्त, केस 4 च्या तुलनेत, शोषण वेळ देखील 378 s आणि 1515 s ने कमी अंतरासह 5 आणि 6 प्रकरणांमध्ये कमी केला गेला.पूरक विभाग SCHE-MH लेयरमधील निवडलेल्या स्थानांसाठी तापमान आणि हायड्रोजन एकाग्रतेचे रूपरेषा सादर करतो.
दोन हीट एक्सचेंजर कॉन्फिगरेशनच्या कार्यक्षमतेचा अभ्यास करण्यासाठी, हा विभाग तीन निवडलेल्या ठिकाणी तापमान वक्र तयार करतो आणि सादर करतो.केस 3 मधील HCHE सह MH अणुभट्टी केस 4 मध्ये SCHE असलेल्या MH अणुभट्टीशी तुलना करण्यासाठी निवडली गेली कारण त्यात स्थिर MH व्हॉल्यूम आणि पाईप व्हॉल्यूम आहे.या तुलनेसाठी ऑपरेटिंग परिस्थिती 573 K चे प्रारंभिक तापमान आणि 1.8 MPa लोडिंग प्रेशर होते.अंजीर वर.5a आणि 5b अनुक्रमे 3 आणि 4 प्रकरणांमध्ये तापमान प्रोफाइलच्या सर्व तीन निवडलेल्या स्थिती दर्शवतात.अंजीर वर.5c तापमान प्रोफाइल आणि 20,000 s हायड्रोजन ग्रहणानंतर थर एकाग्रता दर्शविते.अंजीर 5c मधील ओळ 1 नुसार, कूलंटच्या संवहनी उष्णता हस्तांतरणामुळे पर्याय 3 आणि 4 मधील TTF भोवतीचे तापमान कमी होते.यामुळे या क्षेत्राभोवती हायड्रोजनचे प्रमाण जास्त होते.तथापि, दोन SCHEs च्या वापरामुळे उच्च स्तर एकाग्रता प्राप्त होते.एचटीएफ क्षेत्राभोवती वेगवान गतीशील प्रतिसाद 4 मध्ये आढळले. या व्यतिरिक्त, या प्रदेशात 100% ची कमाल एकाग्रता देखील आढळली.अणुभट्टीच्या मध्यभागी असलेल्या ओळ 2 पासून, केस 4 चे तापमान केस 3 च्या तापमानापेक्षा अणुभट्टीच्या केंद्राशिवाय सर्व ठिकाणी लक्षणीयरीत्या कमी आहे.यामुळे एचटीएफपासून दूर अणुभट्टीच्या केंद्राजवळील प्रदेश वगळता केस 4 साठी जास्तीत जास्त हायड्रोजन एकाग्रता मिळते.तथापि, केस 3 ची एकाग्रता फारशी बदलली नाही.GTS च्या प्रवेशद्वाराजवळील ओळी 3 मध्ये थराचे तापमान आणि एकाग्रतेमध्ये मोठा फरक दिसून आला.केस 4 मधील लेयरचे तापमान लक्षणीयरीत्या कमी झाले, परिणामी या प्रदेशात हायड्रोजन एकाग्रता सर्वाधिक आहे, तर केस 3 मधील एकाग्रता रेषा अजूनही चढ-उतार होत आहे.हे SCHE उष्णता हस्तांतरणाच्या प्रवेगमुळे आहे.केस 3 आणि केस 4 मधील MH थर आणि HTF पाईपच्या सरासरी तापमानाच्या तुलनेचे तपशील आणि चर्चा पुरवणी विभागात प्रदान केली आहे.
मेटल हायड्राइड रिएक्टरमध्ये निवडलेल्या ठिकाणी तापमान प्रोफाइल आणि बेड एकाग्रता.(a) केस 3 साठी निवडलेली ठिकाणे, (b) केस 4 साठी निवडलेली ठिकाणे आणि (c) केस 3 आणि 4 मध्ये हायड्रोजन ग्रहण प्रक्रियेसाठी 20,000 s नंतर निवडलेल्या ठिकाणी तापमान प्रोफाइल आणि स्तर एकाग्रता.
अंजीर वर.HCH आणि SHE च्या शोषणासाठी आकृती 6 सरासरी बेड तापमान (चित्र 6a पहा) आणि हायड्रोजन एकाग्रता (चित्र 6b पहा) यांची तुलना दर्शविते.या आकृतीवरून असे दिसून येते की उष्मा विनिमय क्षेत्रामध्ये वाढ झाल्यामुळे एमजी लेयरचे तापमान लक्षणीय घटते.अणुभट्टीतून जास्त उष्णता काढून टाकल्याने हायड्रोजनचा शोषण दर जास्त होतो.पर्याय 3 प्रमाणे HCHE वापरण्याच्या तुलनेत दोन हीट एक्सचेंजर कॉन्फिगरेशनमध्ये समान व्हॉल्यूम असले तरी, पर्याय 4 वर आधारित SCHE चा हायड्रोजन अपटेक वेळ लक्षणीयरीत्या 59% ने कमी झाला.अधिक तपशीलवार विश्लेषणासाठी, दोन उष्मा एक्सचेंजर कॉन्फिगरेशनसाठी हायड्रोजन सांद्रता आकृती 7 मध्ये आयसोलीन म्हणून दर्शविली आहे. ही आकृती दर्शवते की दोन्ही प्रकरणांमध्ये, हायड्रोजन HTF इनलेटच्या भोवती खालून शोषले जाऊ लागते.HTF प्रदेशात जास्त सांद्रता आढळली, तर MH अणुभट्टीच्या मध्यभागी हीट एक्सचेंजरपासून अंतर असल्यामुळे कमी सांद्रता आढळून आली.10,000 s नंतर, केस 4 मधील हायड्रोजन एकाग्रता केस 3 पेक्षा लक्षणीयरीत्या जास्त आहे. 20,000 सेकंदांनंतर, अणुभट्टीतील सरासरी हायड्रोजन एकाग्रता केस 3 मध्ये 50% हायड्रोजनच्या तुलनेत 4 मध्ये 90% पर्यंत वाढली आहे. हे कारण असू शकते दोन SCHEs एकत्रित करण्याच्या उच्च प्रभावी कूलिंग क्षमतेपर्यंत, परिणामी MH थराच्या आत तापमान कमी होते.परिणामी, अधिक समतोल दाब MG थराच्या आत येतो, ज्यामुळे हायड्रोजनचे अधिक जलद शोषण होते.
केस 3 आणि केस 4 दोन हीट एक्सचेंजर कॉन्फिगरेशनमधील सरासरी बेड तापमान आणि हायड्रोजन एकाग्रतेची तुलना.
केस 3 आणि केस 4 मध्ये हायड्रोजन शोषण प्रक्रिया सुरू झाल्यानंतर 500, 2000, 5000, 10000 आणि 20000 s नंतरच्या हायड्रोजन एकाग्रतेची तुलना.
तक्ता 5 सर्व प्रकरणांसाठी हायड्रोजन शोषण्याच्या कालावधीचा सारांश देते.याव्यतिरिक्त, टेबल हायड्रोजनच्या शोषणाची वेळ देखील दर्शवते, टक्केवारी म्हणून व्यक्त केली जाते.ही टक्केवारी केस 1 च्या शोषण वेळेवर आधारित आहे. या सारणीवरून, HCHE वापरून MH अणुभट्टीची शोषण वेळ सुमारे 45,000 ते 46,000 s आहे आणि SCHE सह शोषण वेळ सुमारे 18,000 ते 19,000 s आहे.केस 1 च्या तुलनेत, केस 2 आणि केस 3 मध्ये शोषण वेळ अनुक्रमे फक्त 1.6% आणि 2.7% ने कमी झाला.HCHE ऐवजी SCHE वापरताना, शोषण वेळ केस 4 वरून केस 6 पर्यंत, 58% वरून 61% पर्यंत लक्षणीयरीत्या कमी केला गेला.हे स्पष्ट आहे की MH अणुभट्टीमध्ये SCHE जोडल्याने हायड्रोजन शोषण प्रक्रिया आणि MH अणुभट्टीची कार्यक्षमता मोठ्या प्रमाणात सुधारते.MH अणुभट्टीच्या आत हीट एक्सचेंजर बसवल्याने स्टोरेज क्षमता कमी होत असली तरी, हे तंत्रज्ञान इतर तंत्रज्ञानाच्या तुलनेत उष्णता हस्तांतरणामध्ये लक्षणीय सुधारणा प्रदान करते.तसेच, खेळपट्टीचे मूल्य कमी केल्याने SCHE चे आवाज वाढेल, परिणामी MH च्या आवाजात घट होईल.सर्वाधिक SCHE व्हॉल्यूम असलेल्या केस 6 मध्ये, सर्वात कमी HCHE व्हॉल्यूम असलेल्या केस 1 च्या तुलनेत MH व्हॉल्यूमेट्रिक क्षमता केवळ 5% कमी झाली.याव्यतिरिक्त, शोषणादरम्यान, केस 6 ने शोषण वेळेत 61% कपात सह जलद आणि चांगली कामगिरी दर्शविली.त्यामुळे संवेदनशीलता विश्लेषणामध्ये पुढील तपासासाठी केस 6 निवडण्यात आला.हे लक्षात घेतले पाहिजे की दीर्घ हायड्रोजन अपटेक वेळ सुमारे 2000 सेमी 3 च्या MH व्हॉल्यूम असलेल्या स्टोरेज टाकीशी संबंधित आहे.
प्रतिक्रिया दरम्यान ऑपरेटिंग पॅरामीटर्स हे महत्त्वाचे घटक आहेत जे वास्तविक परिस्थितीत MH अणुभट्टीच्या कार्यक्षमतेवर सकारात्मक किंवा नकारात्मक परिणाम करतात.हा अभ्यास SCHE सह संयोजनात MH अणुभट्टीसाठी योग्य प्रारंभिक ऑपरेटिंग पॅरामीटर्स निर्धारित करण्यासाठी संवेदनशीलता विश्लेषणाचा विचार करतो आणि हा विभाग केस 6 मध्ये इष्टतम अणुभट्टी कॉन्फिगरेशनवर आधारित चार मुख्य ऑपरेटिंग पॅरामीटर्सची तपासणी करतो. सर्व ऑपरेटिंग परिस्थितींचे परिणाम यामध्ये दर्शविले आहेत. अंजीर 8.
अर्ध-दंडगोलाकार कॉइलसह हीट एक्सचेंजर वापरताना विविध ऑपरेटिंग परिस्थितीत हायड्रोजन एकाग्रतेचा आलेख.(a) लोडिंग प्रेशर, (b) बेडचे प्रारंभिक तापमान, (c) कूलंट रेनॉल्ड्स नंबर आणि (d) कूलंट इनलेट तापमान.
573 K चे स्थिर प्रारंभिक तापमान आणि 14,000 च्या रेनॉल्ड्स क्रमांकासह शीतलक प्रवाह दराच्या आधारावर, चार भिन्न लोडिंग दाब निवडले गेले: 1.2 MPa, 1.8 MPa, 2.4 MPa आणि 3.0 MPa.अंजीर वर.8a हायड्रोजन एकाग्रतेवर लोडिंग प्रेशर आणि SCHE चा प्रभाव कालांतराने दर्शविते.वाढत्या लोडिंग प्रेशरसह शोषण वेळ कमी होतो.हायड्रोजन शोषण प्रक्रियेसाठी 1.2 MPa चा लागू केलेला हायड्रोजन दाब वापरणे ही सर्वात वाईट स्थिती आहे आणि 90% हायड्रोजन शोषण साध्य करण्यासाठी शोषण कालावधी 26,000 s पेक्षा जास्त आहे.तथापि, उच्च लोडिंग दाबामुळे शोषण वेळेत 1.8 ते 3.0 MPa पर्यंत 32-42% घट झाली.हे हायड्रोजनच्या उच्च प्रारंभिक दाबामुळे होते, ज्यामुळे समतोल दाब आणि लागू दाब यांच्यात मोठा फरक दिसून येतो.म्हणून, हे हायड्रोजन ग्रहण करण्याच्या गतीशास्त्रासाठी एक मोठी प्रेरक शक्ती तयार करते.सुरुवातीच्या क्षणी, समतोल दाब आणि लागू केलेला दाब 57 यांच्यातील मोठ्या फरकामुळे हायड्रोजन वायू वेगाने शोषला जातो.3.0 एमपीएच्या लोडिंग प्रेशरवर, पहिल्या 10 सेकंदात 18% हायड्रोजन वेगाने जमा होते.हायड्रोजन 90% अणुभट्ट्यांमध्ये 15460 सेकंदांसाठी अंतिम टप्प्यात साठवले गेले.तथापि, 1.2 ते 1.8 एमपीएच्या लोडिंग प्रेशरवर, शोषण वेळ 32% ने लक्षणीयरीत्या कमी झाला.इतर उच्च दाबांचा शोषण वेळा सुधारण्यावर कमी परिणाम झाला.म्हणून, MH-SCHE अणुभट्टीचा लोडिंग दाब 1.8 MPa असावा अशी शिफारस केली जाते.पूरक विभाग 15500 s वर विविध लोडिंग दाबांसाठी हायड्रोजन एकाग्रतेचे रूपरेषा दर्शवितो.
MH अणुभट्टीच्या योग्य प्रारंभिक तापमानाची निवड हा हायड्रोजन शोषण प्रक्रियेवर परिणाम करणाऱ्या मुख्य घटकांपैकी एक आहे, कारण त्याचा हायड्राइड निर्मिती प्रतिक्रियेच्या प्रेरक शक्तीवर परिणाम होतो.MH अणुभट्टीच्या सुरुवातीच्या तपमानावर SCHE चा प्रभाव अभ्यासण्यासाठी, 1.8 MPa च्या स्थिर लोडिंग दाबावर आणि 14,000 HTF च्या रेनॉल्ड्स क्रमांकावर चार भिन्न तापमान निवडले गेले.अंजीर वर.आकृती 8b 473K, 523K, 573K आणि 623K सह विविध प्रारंभिक तापमानांची तुलना दर्शवते.खरं तर, जेव्हा तापमान 230°C किंवा 503K58 पेक्षा जास्त असते, Mg2Ni मिश्रधातूमध्ये हायड्रोजन शोषण प्रक्रियेसाठी प्रभावी वैशिष्ट्ये असतात.तथापि, हायड्रोजन इंजेक्शनच्या सुरुवातीच्या क्षणी, तापमान वेगाने वाढते.परिणामी, एमजी लेयरचे तापमान 523 K पेक्षा जास्त होईल. त्यामुळे, शोषण दर वाढल्यामुळे हायड्राइड्सची निर्मिती सुलभ होते.अंजीर पासून.अंजीर 8b वरून हे लक्षात येते की एमबी लेयरचे प्रारंभिक तापमान कमी झाल्यामुळे हायड्रोजन जलद शोषले जाते.जेव्हा सुरुवातीचे तापमान कमी होते तेव्हा कमी समतोल दाब होतो.समतोल दाब आणि लागू केलेला दाब यांच्यातील दाबाचा फरक जितका जास्त असेल तितकी हायड्रोजन शोषणाची प्रक्रिया जलद होईल.473 के प्रारंभिक तापमानात, पहिल्या 18 सेकंदात हायड्रोजन 27% पर्यंत वेगाने शोषले जाते.याव्यतिरिक्त, 623 K च्या सुरुवातीच्या तापमानाच्या तुलनेत कमी प्रारंभिक तापमानात शोषण वेळ देखील 11% वरून 24% पर्यंत कमी केला गेला. 473 K च्या सर्वात कमी प्रारंभिक तापमानात शोषण्याची वेळ 15247 s आहे, जी सर्वोत्तम तापमानासारखीच आहे. केस लोडिंग प्रेशर, तथापि, प्रारंभिक तापमान अणुभट्टीच्या तापमानात घट झाल्यामुळे हायड्रोजन साठवण क्षमता कमी होते.MN अणुभट्टीचे प्रारंभिक तापमान किमान 503 K53 असणे आवश्यक आहे.याव्यतिरिक्त, 573 K53 च्या सुरुवातीच्या तापमानात, 3.6 wt% ची कमाल हायड्रोजन साठवण क्षमता प्राप्त केली जाऊ शकते.हायड्रोजन साठवण क्षमता आणि शोषण कालावधीच्या बाबतीत, 523 आणि 573 के दरम्यानचे तापमान केवळ 6% ने कमी करते.म्हणून, MH-SCHE अणुभट्टीचे प्रारंभिक तापमान म्हणून 573 K चे तापमान प्रस्तावित आहे.तथापि, लोडिंग प्रेशरच्या तुलनेत शोषण प्रक्रियेवर प्रारंभिक तापमानाचा प्रभाव कमी लक्षणीय होता.पूरक विभाग 15500 s वर विविध प्रारंभिक तापमानासाठी हायड्रोजन एकाग्रतेचे रूपरेषा दर्शवितो.
प्रवाह दर हा हायड्रोजनेशन आणि डीहायड्रोजनेशनच्या मुख्य पॅरामीटर्सपैकी एक आहे कारण ते हायड्रोजनेशन आणि डीहायड्रोजनेशन दरम्यान अशांतता आणि उष्णता काढून टाकणे किंवा इनपुटवर परिणाम करू शकते.उच्च प्रवाह दर अशांत टप्पे निर्माण करतील आणि परिणामी HTF ट्यूबिंगमधून द्रव प्रवाह जलद होईल.या प्रतिक्रियेचा परिणाम जलद उष्णता हस्तांतरण होईल.10,000, 14,000, 18,000 आणि 22,000 च्या रेनॉल्ड्स क्रमांकांवर आधारित एचटीएफसाठी भिन्न प्रवेश वेग मोजले जातात.एमजी लेयरचे प्रारंभिक तापमान 573 K आणि लोडिंग प्रेशर 1.8 MPa वर निश्चित केले गेले.अंजीर मध्ये परिणाम.8c दर्शविते की उच्च रेनॉल्ड्स नंबर SCHE सह संयोजनात वापरल्याने उच्च अपटेक रेट होतो.रेनॉल्ड्सची संख्या 10,000 ते 22,000 पर्यंत वाढते म्हणून, शोषण वेळ सुमारे 28-50% कमी होतो.22,000 च्या रेनॉल्ड्स क्रमांकावर शोषण्याची वेळ 12,505 सेकंद आहे, जी विविध प्रारंभिक लोडिंग तापमान आणि दाबांपेक्षा कमी आहे.12500 s वर GTP साठी विविध रेनॉल्ड्स संख्यांसाठी हायड्रोजन एकाग्रता आकृतिबंध पूरक विभागात सादर केले आहेत.
एचटीएफच्या सुरुवातीच्या तापमानावर SCHE चा प्रभाव विश्लेषित केला आहे आणि अंजीर 8d मध्ये दर्शविला आहे.573 K च्या प्रारंभिक MG तापमान आणि 1.8 MPa च्या हायड्रोजन लोडिंग प्रेशरवर, या विश्लेषणासाठी चार प्रारंभिक तापमान निवडले गेले: 373 K, 473 K, 523 K, आणि 573 K. 8d शीतलक तापमानात घट दर्शविते इनलेटमध्ये शोषण्याची वेळ कमी होते.573 K च्या इनलेट तापमानासह बेस केसच्या तुलनेत, 523 K, 473 K आणि 373 K च्या इनलेट तापमानासाठी शोषण वेळ अंदाजे 20%, 44% आणि 56% कमी झाला.6917 s वर, GTF चे प्रारंभिक तापमान 373 K आहे, अणुभट्टीमध्ये हायड्रोजन एकाग्रता 90% आहे.हे एमजी लेयर आणि एचसीएस दरम्यान वर्धित संवहनी उष्णता हस्तांतरणाद्वारे स्पष्ट केले जाऊ शकते.कमी एचटीएफ तापमानामुळे उष्णतेचा अपव्यय वाढेल आणि परिणामी हायड्रोजनचे सेवन वाढेल.सर्व ऑपरेटिंग पॅरामीटर्समध्ये, HTF इनलेट तापमान वाढवून MH-SCHE अणुभट्टीचे कार्यप्रदर्शन सुधारणे ही सर्वात योग्य पद्धत होती, कारण शोषण प्रक्रियेचा शेवटचा कालावधी 7000 s पेक्षा कमी होता, तर इतर पद्धतींचा सर्वात कमी शोषण वेळ अधिक होता. 10000 s पेक्षा7000 s साठी GTP च्या विविध प्रारंभिक तापमानासाठी हायड्रोजन एकाग्रता आकृतिबंध सादर केले जातात.
हा अभ्यास मेटल हायड्राइड स्टोरेज युनिटमध्ये एकत्रित केलेला नवीन अर्ध-दंडगोलाकार कॉइल हीट एक्सचेंजर प्रथमच सादर करतो.हीट एक्सचेंजरच्या विविध कॉन्फिगरेशनसह हायड्रोजन शोषण्यासाठी प्रस्तावित प्रणालीची क्षमता तपासली गेली.नवीन हीट एक्सचेंजर वापरून मेटल हायड्राइड्स संचयित करण्यासाठी इष्टतम परिस्थिती शोधण्यासाठी मेटल हायड्राइड लेयर आणि शीतलक यांच्यातील उष्णता विनिमयावरील ऑपरेटिंग पॅरामीटर्सचा प्रभाव तपासला गेला.या अभ्यासाचे मुख्य निष्कर्ष खालीलप्रमाणे सारांशित केले आहेत:
अर्ध-दंडगोलाकार कॉइल हीट एक्सचेंजरसह, उष्णता हस्तांतरण कार्यप्रदर्शन सुधारले जाते कारण त्यात मॅग्नेशियम लेयर अणुभट्टीमध्ये अधिक समान उष्णता वितरण होते, परिणामी हायड्रोजन शोषण दर चांगला होतो.हीट एक्स्चेंज ट्यूब आणि मेटल हायड्राइडचे प्रमाण अपरिवर्तित राहिल्यास, पारंपारिक कॉइल कॉइल हीट एक्सचेंजरच्या तुलनेत शोषण प्रतिक्रिया वेळ लक्षणीयरीत्या 59% कमी होतो.
पोस्ट वेळ: जानेवारी-15-2023