金屬氫化物反應(yīng)器吸氫過程的熱質(zhì)傳遞特性分析

鮑澤威　楊福勝　吳震　張早校

金屬氫化物可以與氫氣發(fā)生可逆的化學(xué)反應(yīng)，在儲氫、熱泵、蓄熱和氫氣熱壓縮等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價值，金屬氫化物材料必須裝填在相應(yīng)的反應(yīng)器內(nèi)才能實(shí)現(xiàn)其功能，金屬氫化物反應(yīng)器是整個系統(tǒng)的核心部件，其設(shè)計和運(yùn)行方式對上述系統(tǒng)的性能影響極大，因此，深刻理解反應(yīng)器內(nèi)熱質(zhì)傳遞特性及其強(qiáng)化規(guī)律，提出有針對性的改進(jìn)措施，對推動金屬氫化物的實(shí)際應(yīng)用具有重要意義，考慮成本和安全性等因素，數(shù)值模擬是研究金屬氫化物反應(yīng)器性能的有效方法，為此，國內(nèi)外的研究者提出了很多金屬氫化物反應(yīng)器模型，早在1983年，EI-Osery就建立了金屬氫化物反應(yīng)器的一維模型，但此模型較簡單，只包含傳熱方程和反應(yīng)動力學(xué)方程，Jemni等基于體積平均法建立了圓柱形反應(yīng)器的二維模型，此模型更加嚴(yán)密，包括了氣固相傳熱方程、氣固相連續(xù)性方程、氣相傳質(zhì)方程和反應(yīng)動力學(xué)方程，并得到了實(shí)驗驗證，隨后，Aldas等把二維模型擴(kuò)展到三維，其結(jié)果表明，在換熱壁面處吸氫反應(yīng)比較快，而在中心區(qū)域則反應(yīng)比較慢，王玉琪等提出了一種新型的環(huán)盤式金屬氫化物反應(yīng)器，并采用有限容積法對反應(yīng)器的非局部熱平衡模型進(jìn)行了離散求解，模擬結(jié)果證明了新型反應(yīng)器的工作過程較為快速和均勻，MacDonald等建立了金屬氫化物反應(yīng)器的二維模型，此模型中采用了一維能量方程來描述換熱流體的溫度變化，Ye等建立了圓柱形金屬氫化物儲氫反應(yīng)器的二維模型并采用有限差分方法進(jìn)行求解，其結(jié)果表明：增大氫氣供給壓力和降低冷卻流體溫度，可以加速吸氫反應(yīng)過程。