გმადლობთ Nature.com-ის მონახულებისთვის.თქვენ იყენებთ ბრაუზერის ვერსიას შეზღუდული CSS მხარდაჭერით.საუკეთესო გამოცდილებისთვის, გირჩევთ გამოიყენოთ განახლებული ბრაუზერი (ან გამორთოთ თავსებადობის რეჟიმი Internet Explorer-ში).გარდა ამისა, მუდმივი მხარდაჭერის უზრუნველსაყოფად, ჩვენ ვაჩვენებთ საიტს სტილის და JavaScript-ის გარეშე.
აჩვენებს კარუსელს სამი სლაიდისგან ერთდროულად.გამოიყენეთ წინა და შემდეგი ღილაკები ერთდროულად სამ სლაიდში გადასაადგილებლად, ან გამოიყენეთ სლაიდერის ღილაკები ბოლოს, რომ გადაადგილდეთ სამ სლაიდზე ერთდროულად.
ლითონის ჰიდრიდები (MH) აღიარებულია, როგორც წყალბადის შესანახად მასალის ერთ-ერთი ყველაზე შესაფერისი ჯგუფი წყალბადის შენახვის დიდი სიმძლავრის, დაბალი ოპერაციული წნევის და მაღალი უსაფრთხოების გამო.თუმცა, მათი დუნე წყალბადის შეწოვის კინეტიკა მნიშვნელოვნად ამცირებს შენახვის ეფექტურობას.სითბოს უფრო სწრაფ მოცილებას MH საცავიდან შეუძლია მნიშვნელოვანი როლი შეასრულოს წყალბადის შეწოვის სიჩქარის გაზრდაში, რაც გამოიწვევს შენახვის გაუმჯობესებას.ამასთან დაკავშირებით, ეს კვლევა მიზნად ისახავდა სითბოს გადაცემის მახასიათებლების გაუმჯობესებას, რათა დადებითად გავლენის მოხდენა წყალბადის შეწოვის სიჩქარეზე MH შენახვის სისტემაში.ახალი ნახევრად ცილინდრული ხვეული პირველად შეიქმნა და ოპტიმიზირებულია წყალბადის შესანახად და ჩართული იყო როგორც შიდა ჰაერი, როგორც სითბოს გადამცვლელი (HTF).სხვადასხვა სიმაღლის სიმაღლეზე დაყრდნობით, გაანალიზებულია სითბოს გადამცვლელის ახალი კონფიგურაციის ეფექტი და შედარებულია ჩვეულებრივი ხვეული ხვეულის გეომეტრიასთან.გარდა ამისა, ოპტიმალური მნიშვნელობების მისაღებად რიცხობრივად იქნა შესწავლილი MG და GTP შენახვის ოპერაციული პარამეტრები.რიცხვითი სიმულაციისთვის გამოიყენება ANSYS Fluent 2020 R2.ამ კვლევის შედეგებმა აჩვენა, რომ MH საცავის ავზის მოქმედება შეიძლება მნიშვნელოვნად გაუმჯობესდეს ნახევრად ცილინდრული კოჭის სითბოს გადამცვლელის (SCHE) გამოყენებით.ჩვეულებრივი სპირალური ხვეული სითბოს გადამცვლელებთან შედარებით, წყალბადის შთანთქმის ხანგრძლივობა მცირდება 59%-ით.SCHE ხვეულებს შორის ყველაზე მცირე მანძილი გამოიწვია შთანთქმის დროის 61%-ით შემცირებას.რაც შეეხება MG შენახვის ოპერაციულ პარამეტრებს SHE-ს გამოყენებით, ყველა შერჩეული პარამეტრი იწვევს წყალბადის შთანთქმის პროცესის მნიშვნელოვან გაუმჯობესებას, განსაკუთრებით HTS-ში შესასვლელთან არსებულ ტემპერატურას.
არსებობს გლობალური გადასვლა წიაღისეული საწვავზე დაფუძნებული ენერგიიდან განახლებად ენერგიაზე.იმის გამო, რომ განახლებადი ენერგიის მრავალი ფორმა უზრუნველყოფს ენერგიას დინამიურად, ენერგიის შენახვა აუცილებელია დატვირთვის დასაბალანსებლად.წყალბადზე დაფუძნებული ენერგიის შენახვამ დიდი ყურადღება მიიპყრო ამ მიზნით, განსაკუთრებით იმიტომ, რომ წყალბადი შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც "მწვანე" ალტერნატიული საწვავი და ენერგიის გადამზიდავი მისი თვისებებისა და პორტაბელურობის გამო.გარდა ამისა, წყალბადი ასევე გვთავაზობს უფრო მაღალ ენერგეტიკულ შემცველობას წიაღისეულ საწვავთან შედარებით.არსებობს წყალბადის ენერგიის შენახვის ოთხი ძირითადი ტიპი: შეკუმშული აირის შესანახი, მიწისქვეშა, თხევადი და მყარი საწყობი.შეკუმშული წყალბადი არის ძირითადი ტიპი, რომელიც გამოიყენება საწვავის უჯრედების მანქანებში, როგორიცაა ავტობუსები და სატვირთო მანქანები.თუმცა, ეს საცავი უზრუნველყოფს წყალბადის დაბალ სიმკვრივეს (დაახლოებით 0,089 კგ/მ3) და აქვს უსაფრთხოების პრობლემები, რომლებიც დაკავშირებულია მაღალ სამუშაო წნევასთან3.გარემოს დაბალ ტემპერატურასა და წნევაზე კონვერტაციის პროცესის საფუძველზე, თხევადი საცავი წყალბადს ინახავს თხევადი სახით.თუმცა, როდესაც თხევადდება, ენერგიის დაახლოებით 40% იკარგება.გარდა ამისა, ცნობილია, რომ ეს ტექნოლოგია უფრო ენერგო და შრომატევადია მყარი მდგომარეობის შენახვის ტექნოლოგიებთან შედარებით4.მყარი შენახვა სიცოცხლისუნარიანი ვარიანტია წყალბადის ეკონომიისთვის, რომელიც ინახავს წყალბადს მყარ მასალებში წყალბადის ჩართვით შთანთქმის გზით და წყალბადის გამოთავისუფლებით დეზორბციის გზით.ლითონის ჰიდრიდი (MH), მყარი მასალის შესანახი ტექნოლოგია, არის ბოლოდროინდელი ინტერესი საწვავის უჯრედების აპლიკაციებში მისი მაღალი წყალბადის სიმძლავრის, დაბალი ოპერაციული წნევის და დაბალი ღირებულების გამო სითხის შესანახად და შესაფერისია სტაციონარული და მობილური აპლიკაციებისთვის6,7 გარდა ამისა, MH მასალები ასევე უზრუნველყოფენ უსაფრთხოების თვისებებს, როგორიცაა დიდი სიმძლავრის ეფექტური შენახვა8.თუმცა, არსებობს პრობლემა, რომელიც ზღუდავს MG-ს პროდუქტიულობას: MG რეაქტორის დაბალი თერმული კონდუქტომეტრული გამოწვევა იწვევს წყალბადის ნელ შეწოვას და დეზორბციას.
ეგზოთერმული და ენდოთერმული რეაქციების დროს სითბოს სათანადო გადაცემა არის MH რეაქტორების მუშაობის გაუმჯობესების გასაღები.წყალბადის ჩატვირთვის პროცესისთვის, წარმოქმნილი სითბო უნდა მოიხსნას რეაქტორიდან, რათა გაკონტროლდეს წყალბადის დატვირთვის ნაკადი სასურველი სიჩქარით მაქსიმალური შენახვის ტევადობით.ამის ნაცვლად, სითბოა საჭირო წყალბადის ევოლუციის სიჩქარის გასაზრდელად გამონადენის დროს.სითბოს და მასის გადაცემის მუშაობის გაუმჯობესების მიზნით, ბევრმა მკვლევარმა შეისწავლა დიზაინი და ოპტიმიზაცია მრავალი ფაქტორის საფუძველზე, როგორიცაა ოპერაციული პარამეტრები, MG სტრუქტურა და MG11 ოპტიმიზაცია.MG ოპტიმიზაცია შეიძლება განხორციელდეს მაღალი თბოგამტარობის მასალების დამატებით, როგორიცაა ქაფიანი ლითონები MG ფენებს 12,13.ამრიგად, ეფექტური თბოგამტარობა შეიძლება გაიზარდოს 0.1-დან 2 W/mK10-მდე.თუმცა, მყარი მასალების დამატება მნიშვნელოვნად ამცირებს MN რეაქტორის სიმძლავრეს.რაც შეეხება ოპერაციულ პარამეტრებს, გაუმჯობესების მიღწევა შესაძლებელია MG ფენისა და გამაგრილებლის (HTF) საწყისი სამუშაო პირობების ოპტიმიზაციის გზით.MG-ის სტრუქტურის ოპტიმიზაცია შესაძლებელია რეაქტორის გეომეტრიისა და სითბოს გადამცვლელის დიზაინის გამო.რაც შეეხება MH რეაქტორის სითბოს გადამცვლელის კონფიგურაციას, მეთოდები შეიძლება დაიყოს ორ ტიპად.ეს არის შიდა სითბოს გადამცვლელები ჩაშენებული MO ფენაში და გარე სითბოს გადამცვლელები, რომლებიც ფარავს MO ფენას, როგორიცაა ფარფლები, გამაგრილებელი ქურთუკები და წყლის აბაზანები.რაც შეეხება გარე სითბოს გადამცვლელს, Kaplan16-მა გააანალიზა MH რეაქტორის მუშაობა, გამოიყენა გამაგრილებელი წყალი, როგორც ქურთუკი რეაქტორის შიგნით ტემპერატურის შესამცირებლად.შედეგები შეადარეს 22 მრგვალი ფარფლის რეაქტორს და სხვა რეაქტორს, რომელიც გაცივდა ბუნებრივი კონვექციის შედეგად.ისინი აცხადებენ, რომ გამაგრილებელი ჟაკეტის არსებობა მნიშვნელოვნად ამცირებს MH-ის ტემპერატურას, რითაც ზრდის შთანთქმის სიჩქარეს.Patil-ისა და Gopal17-ის მიერ წყალგადახურული MH რეაქტორის რიცხობრივმა კვლევებმა აჩვენა, რომ წყალბადის მიწოდების წნევა და HTF ტემპერატურა არის ძირითადი პარამეტრები, რომლებიც გავლენას ახდენენ წყალბადის შეწოვისა და დეზორბციის სიჩქარეზე.
სითბოს გადაცემის არეალის გაზრდა MH-ში ჩაშენებული ფარფლებისა და სითბოს გადამცვლელების დამატებით არის სითბოს და მასის გადაცემის მუშაობის გაუმჯობესების გასაღები და, შესაბამისად, MH18-ის შენახვის ეფექტურობა.რამდენიმე შიდა სითბოს გადამცვლელის კონფიგურაცია (სწორი მილი და სპირალური ხვეული) შექმნილია გამაგრილებლის ცირკულაციისთვის MH19,20,21,22,23,24,25,26 რეაქტორში.შიდა სითბოს გადამცვლელის გამოყენებით, გამაგრილებელი ან გამათბობელი სითხე გადასცემს ადგილობრივ სითბოს MH რეაქტორში წყალბადის ადსორბციის პროცესის დროს.რაჯუმ და კუმარმა [27] გამოიყენეს რამდენიმე სწორი მილი, როგორც სითბოს გადამცვლელი MG-ის მუშაობის გასაუმჯობესებლად.მათმა შედეგებმა აჩვენა, რომ შთანთქმის დრო შემცირდა, როდესაც სწორი მილები გამოიყენებოდა სითბოს გადამცვლელად.გარდა ამისა, სწორი მილების გამოყენება ამცირებს წყალბადის დეზორბციის დროს28.გამაგრილებლის ნაკადის მაღალი სიხშირე ზრდის წყალბადის დამუხტვისა და განმუხტვის სიჩქარეს29.თუმცა, გაგრილების მილების რაოდენობის გაზრდა დადებითად აისახება MH შესრულებაზე და არა გამაგრილებლის ნაკადის სიჩქარეზე30,31.რაჯუმ და სხვებმა გამოიყენეს LaMi4.7Al0.3, როგორც MH მასალა, რეაქტორებში მრავალტუბიანი სითბოს გადამცვლელების მუშაობის შესასწავლად.მათ განაცხადეს, რომ ოპერაციულ პარამეტრებს ჰქონდათ მნიშვნელოვანი გავლენა შთანთქმის პროცესზე, განსაკუთრებით საკვების წნევაზე და შემდეგ HTF-ის დინების სიჩქარეზე.თუმცა, შთანთქმის ტემპერატურა ნაკლებად კრიტიკული აღმოჩნდა.
MH რეაქტორის მუშაობა კიდევ უფრო გაუმჯობესებულია სპირალური ხვეული სითბოს გადამცვლელის გამოყენებით მისი გაუმჯობესებული სითბოს გადაცემის გამო პირდაპირ მილებთან შედარებით.ეს იმიტომ ხდება, რომ მეორად ციკლს შეუძლია უკეთესად ამოიღოს სითბო რეაქტორიდან25.გარდა ამისა, სპირალური მილები უზრუნველყოფენ დიდი ზედაპირის ფართობს MH ფენიდან გამაგრილებელზე სითბოს გადაცემისთვის.როდესაც ეს მეთოდი დაინერგება რეაქტორში, სითბოს გაცვლის მილების განაწილება ასევე უფრო ერთგვაროვანია33.ვანგი და სხვ.34 შეისწავლა წყალბადის შეწოვის ხანგრძლივობის ეფექტი MH რეაქტორში სპირალური ხვეულის დამატებით.მათი შედეგები აჩვენებს, რომ გამაგრილებლის სითბოს გადაცემის კოეფიციენტის მატებასთან ერთად, შთანთქმის დრო მცირდება.ვუ და სხვ.25 გამოიკვლია Mg2Ni-ზე დაფუძნებული MH რეაქტორების და დახვეული ხვეული სითბოს გადამცვლელების მუშაობა.მათმა რიცხობრივმა კვლევებმა აჩვენა რეაქციის დროის შემცირება.სითბოს გადაცემის მექანიზმის გაუმჯობესება MN რეაქტორში ემყარება ხრახნიანი სიმაღლის და ხრახნიანი მოედანის უფრო მცირე თანაფარდობას და უგანზომილებიანი ხრახნის მოედანს.Mellouli et al.21-ის ექსპერიმენტულმა კვლევამ ხვეული ხვეულის, როგორც შიდა სითბოს გადამცვლელის გამოყენებით, აჩვენა, რომ HTF დაწყების ტემპერატურა მნიშვნელოვან გავლენას ახდენს წყალბადის შეწოვისა და დეზორბციის დროის გაუმჯობესებაზე.სხვადასხვა შიდა სითბოს გადამცვლელების კომბინაციები ჩატარდა რამდენიმე კვლევაში.ეისაპური და სხვ.35 შეისწავლა წყალბადის შენახვა სპირალური ხვეული სითბოს გადამცვლელის გამოყენებით ცენტრალური დაბრუნების მილით წყალბადის შთანთქმის პროცესის გასაუმჯობესებლად.მათმა შედეგებმა აჩვენა, რომ სპირალური მილი და ცენტრალური დაბრუნების მილი მნიშვნელოვნად აუმჯობესებს სითბოს გადაცემას გამაგრილებელსა და MG-ს შორის.სპირალური მილის უფრო მცირე სიმაღლე და უფრო დიდი დიამეტრი ზრდის სითბოს და მასის გადაცემის სიჩქარეს.არდაჰაიე და სხვ.36-მა გამოიყენა ბრტყელი სპირალური მილები სითბოს გადამცვლელად რეაქტორში სითბოს გადაცემის გასაუმჯობესებლად.მათ განაცხადეს, რომ შთანთქმის ხანგრძლივობა შემცირდა გაბრტყელებული სპირალური მილის სიბრტყეების რაოდენობის გაზრდით.სხვადასხვა შიდა სითბოს გადამცვლელების კომბინაციები ჩატარდა რამდენიმე კვლევაში.დაჰუ და სხვ.37-მა გააუმჯობესა MH-ის მუშაობა ხვეული ხვეული სითბოს გადამცვლელისა და ფარფლების გამოყენებით.მათი შედეგები აჩვენებს, რომ ეს მეთოდი 2-ჯერ ამცირებს წყალბადის შევსების დროს ფარფლების გარეშე.რგოლოვანი ფარფლები შერწყმულია გაგრილების მილებით და ჩაშენებულია MN რეაქტორში.ამ კვლევის შედეგები აჩვენებს, რომ ეს კომბინირებული მეთოდი უზრუნველყოფს უფრო ერთგვაროვან სითბოს გადაცემას MH რეაქტორთან შედარებით ფარფლების გარეშე.თუმცა, სხვადასხვა სითბოს გადამცვლელების გაერთიანება უარყოფითად იმოქმედებს MH რეაქტორის წონასა და მოცულობაზე.Wu et al.18-მა შეადარა სითბოს გადამცვლელის სხვადასხვა კონფიგურაცია.მათ შორისაა სწორი მილები, ფარფლები და სპირალური ხვეულები.ავტორები იუწყებიან, რომ სპირალური ხვეულები უზრუნველყოფენ სითბოს და მასის გადაცემის საუკეთესო გაუმჯობესებას.გარდა ამისა, სწორ მილებთან, დახვეულ მილებთან და დახვეულ მილებთან ერთად სწორ მილებთან შედარებით, ორმაგი ხვეულები უკეთეს გავლენას ახდენენ სითბოს გადაცემის გაუმჯობესებაზე.სეხარის და სხვ.40 აჩვენა, რომ წყალბადის შეწოვის მსგავსი გაუმჯობესება მიღწეული იყო სპირალური ხვეულის, როგორც შიდა სითბოს გადამცვლელის და ფარფლიანი გარე გაგრილების ჟაკეტის გამოყენებით.
ზემოთ ნახსენები მაგალითებიდან, სპირალური ხვეულების გამოყენება, როგორც შიდა სითბოს გადამცვლელი, უზრუნველყოფს სითბოს და მასის გადაცემის უკეთეს გაუმჯობესებას, ვიდრე სხვა სითბოს გადამცვლელები, განსაკუთრებით სწორი მილები და ფარფლები.ამრიგად, ამ კვლევის მიზანი იყო სპირალური ხვეულის შემდგომი განვითარება სითბოს გადაცემის მუშაობის გასაუმჯობესებლად.პირველად შემუშავდა ახალი ნახევრად ცილინდრული ხვეული ჩვეულებრივი MH შესანახი ხვეული ხვეულის საფუძველზე.მოსალოდნელია, რომ ეს კვლევა გააუმჯობესებს წყალბადის შენახვის ეფექტურობას სითბოს გადამცვლელის ახალი დიზაინის გათვალისწინებით უკეთესი სითბოს გადაცემის ზონის განლაგებით, რომელიც უზრუნველყოფილია MH საწოლის და HTF მილების მუდმივი მოცულობით.ამ ახალი სითბოს გადამცვლელის შენახვის ეფექტურობა შემდეგ შეადარეს ჩვეულებრივ სპირალურ სპირალურ სითბოს გადამცვლელებს, რომლებიც დაფუძნებულია სხვადასხვა კოჭის სიმაღლეზე.არსებული ლიტერატურის მიხედვით, ოპერაციული პირობები და ხვეულების მანძილი არის მთავარი ფაქტორები, რომლებიც გავლენას ახდენენ MH რეაქტორების მუშაობაზე.ამ ახალი სითბოს გადამცვლელის დიზაინის ოპტიმიზაციის მიზნით, გამოკვლეული იქნა კოჭების დაშორების ეფექტი წყალბადის შეწოვის დროზე და MH მოცულობაზე.გარდა ამისა, ახალი ნახევრადცილინდრული ხვეულებისა და სამუშაო პირობების ურთიერთკავშირის გასაგებად, ამ კვლევის მეორე მიზანი იყო რეაქტორის მახასიათებლების შესწავლა სხვადასხვა ოპერაციული პარამეტრის დიაპაზონის მიხედვით და შესაბამისი მნიშვნელობების განსაზღვრა თითოეული სამუშაოსთვის. რეჟიმი.პარამეტრი.
წყალბადის ენერგიის შესანახი მოწყობილობის მოქმედება ამ კვლევაში გამოკვლეულია სითბოს გადამცვლელის ორი კონფიგურაციის (მათ შორის სპირალური მილების ჩათვლით 1-დან 3-მდე და ნახევრად ცილინდრული მილებით 4-დან 6-მდე შემთხვევებში) და ოპერაციული პარამეტრების მგრძნობელობის ანალიზის საფუძველზე.MH რეაქტორის ფუნქციონირება პირველად შემოწმდა სპირალური მილის გამოყენებით, როგორც სითბოს გადამცვლელი.გამაგრილებლის ზეთის მილიც და MH რეაქტორის ჭურჭელი დამზადებულია უჟანგავი ფოლადისგან.უნდა აღინიშნოს, რომ MG რეაქტორის ზომები და GTF მილების დიამეტრი ყველა შემთხვევაში მუდმივი იყო, ხოლო GTF-ის საფეხურის ზომები იცვლებოდა.ეს განყოფილება აანალიზებს HTF კოჭების სიმაღლის სიდიდის ეფექტს.რეაქტორის სიმაღლე და გარე დიამეტრი იყო, შესაბამისად, 110 მმ და 156 მმ.თბოგამტარი ზეთის მილის დიამეტრი დგინდება 6მმ.იხილეთ დამატებითი განყოფილება MH რეაქტორის მიკროსქემის შესახებ სპირალური მილებით და ორი ნახევრად ცილინდრული მილით.
ნახ.1a გვიჩვენებს MH სპირალური მილის რეაქტორს და მის ზომებს.ყველა გეომეტრიული პარამეტრი მოცემულია ცხრილში.1. სპირალის მთლიანი მოცულობა და ზგ-ის მოცულობა არის დაახლოებით 100 სმ3 და 2000 სმ3, შესაბამისად.ამ MH რეაქტორიდან ჰაერი HTF სახით იკვებებოდა ფოროვან MH რეაქტორში ქვემოდან სპირალური მილის მეშვეობით და წყალბადი შედიოდა რეაქტორის ზედა ზედაპირიდან.
ლითონის ჰიდრიდის რეაქტორებისთვის შერჩეული გეომეტრიების დახასიათება.ა) სპირალურ-მილაკოვანი სითბოს გადამცვლელით, ბ) ნახევრად ცილინდრული მილისებური სითბოს გადამცვლელით.
მეორე ნაწილი განიხილავს MH რეაქტორის მუშაობას ნახევრად ცილინდრული მილის საფუძველზე, როგორც სითბოს გადამცვლელი.ნახ.1b გვიჩვენებს MN რეაქტორს ორი ნახევრად ცილინდრული მილით და მათი ზომები.ცხრილში 1 ჩამოთვლილია ნახევრად ცილინდრული მილების ყველა გეომეტრიული პარამეტრი, რომელიც რჩება მუდმივი, გარდა მათ შორის მანძილისა.უნდა აღინიშნოს, რომ ნახევრად ცილინდრული მილი მე-4 შემთხვევაში შექმნილია HTF მილისა და MH შენადნობის მუდმივი მოცულობით დახვეულ მილში (ვარიანტი 3).რაც შეეხება ლეღვს.1b, ჰაერი ასევე შემოვიდა ორი ნახევრად ცილინდრული HTF მილის ქვემოდან და წყალბადი შემოვიდა MH რეაქტორის საპირისპირო მიმართულებიდან.
სითბოს გადამცვლელის ახალი დიზაინის გამო, ამ განყოფილების მიზანია MH რეაქტორის მუშაობის პარამეტრების შესაბამისი საწყისი მნიშვნელობების განსაზღვრა SCHE-სთან ერთად.ყველა შემთხვევაში, ჰაერი გამოიყენებოდა როგორც გამაგრილებელი რეაქტორიდან სითბოს მოსაშორებლად.სითბოს გადამცემ ზეთებს შორის ჰაერი და წყალი ჩვეულებრივ ირჩევა სითბოს გადამცემ ზეთებად MH რეაქტორებისთვის მათი დაბალი ღირებულებისა და დაბალი გარემოზე ზემოქმედების გამო.მაგნიუმზე დაფუძნებული შენადნობების მაღალი სამუშაო ტემპერატურის დიაპაზონის გამო, ამ კვლევაში ჰაერი არჩეულ იქნა გამაგრილებლად.გარდა ამისა, მას ასევე აქვს უკეთესი ნაკადის მახასიათებლები, ვიდრე სხვა თხევადი ლითონები და მდნარი მარილები41.ცხრილი 2 ჩამოთვლის ჰაერის თვისებებს 573 K-ზე. ამ სექციაში მგრძნობელობის ანალიზისთვის გამოიყენება მხოლოდ MH-SCHE შესრულების ვარიანტების საუკეთესო კონფიგურაციები (4-დან 6-მდე შემთხვევებში).ამ განყოფილების შეფასებები ეფუძნება სხვადასხვა ოპერაციულ პარამეტრებს, მათ შორის MH რეაქტორის საწყისი ტემპერატურას, წყალბადის დატვირთვის წნევას, HTF შესასვლელ ტემპერატურას და რეინოლდსის რიცხვს, რომელიც გამოითვლება HTF სიჩქარის შეცვლით.ცხრილი 3 შეიცავს ყველა ოპერაციულ პარამეტრს, რომლებიც გამოიყენება მგრძნობელობის ანალიზისთვის.
ეს განყოფილება აღწერს ყველა აუცილებელ საკონტროლო განტოლებას გამაგრილებლების წყალბადის შთანთქმის, ტურბულენტობისა და სითბოს გადაცემის პროცესისთვის.
წყალბადის შეწოვის რეაქციის ხსნარის გასამარტივებლად კეთდება და მოცემულია შემდეგი ვარაუდები;
შთანთქმის დროს წყალბადის და ლითონის ჰიდრიდების თერმოფიზიკური თვისებები მუდმივია.
წყალბადი ითვლება იდეალურ გაზად, ამიტომ გათვალისწინებულია ადგილობრივი თერმული წონასწორობის პირობები43,44.
სადაც \({L}_{გაზი}\) არის ავზის რადიუსი და \({L}_{სითბო}\) არის ავზის ღერძული სიმაღლე.როდესაც N ნაკლებია 0,0146-ზე, წყალბადის ნაკადი ავზში შეიძლება იგნორირებული იყოს სიმულაციაში მნიშვნელოვანი შეცდომის გარეშე.ამჟამინდელი კვლევის მიხედვით, N გაცილებით დაბალია ვიდრე 0.1.ამიტომ, წნევის გრადიენტის ეფექტი შეიძლება უგულებელყო.
რეაქტორის კედლები ყველა შემთხვევაში კარგად იყო იზოლირებული.აქედან გამომდინარე, არ არის სითბოს გაცვლა 47 რეაქტორსა და გარემოს შორის.
ცნობილია, რომ Mg-ზე დაფუძნებულ შენადნობებს აქვთ ჰიდროგენიზაციის კარგი მახასიათებლები და წყალბადის შენახვის მაღალი სიმძლავრე 7.6 wt%8-მდე.მყარი მდგომარეობის წყალბადის შენახვის აპლიკაციების თვალსაზრისით, ეს შენადნობები ასევე ცნობილია როგორც მსუბუქი მასალები.გარდა ამისა, მათ აქვთ შესანიშნავი სითბოს წინააღმდეგობა და კარგი დამუშავება8.Mg-ზე დაფუძნებულ შენადნობებს შორის, Mg2Ni-ზე დაფუძნებული MgNi შენადნობი არის MH-ის შესანახად ერთ-ერთი ყველაზე შესაფერისი ვარიანტი წყალბადის შენახვის ტევადობის გამო 6 wt%-მდე.Mg2Ni შენადნობები ასევე უზრუნველყოფენ უფრო სწრაფ ადსორბციას და დეზორბციის კინეტიკას MgH48 შენადნობთან შედარებით.ამიტომ, Mg2Ni არჩეული იყო ლითონის ჰიდრიდის მასალად ამ კვლევაში.
ენერგიის განტოლება გამოიხატება როგორც 25 წყალბადსა და Mg2Ni ჰიდრიდს შორის სითბოს ბალანსის საფუძველზე:
X არის მეტალის ზედაპირზე შთანთქმული წყალბადის რაოდენობა, ერთეული არის \(წონა\%\), გამოითვლება კინეტიკური განტოლებიდან \(\frac{dX}{dt}\) შთანთქმის დროს შემდეგნაირად49:
სადაც \({C}_{a}\) არის რეაქციის სიჩქარე და \({E}_{a}\) არის აქტივაციის ენერგია.\({P}_{a,eq}\) არის წონასწორული წნევა ლითონის ჰიდრიდის რეაქტორში შთანთქმის პროცესის დროს, რომელიც მოცემულია ვან ჰოფის განტოლებით შემდეგნაირად25:
სადაც \({P}_{ref}\) არის საორიენტაციო წნევა 0,1 მპა.\(\Delta H\) და \(\Delta S\) არის რეაქციის ენტალპია და ენტროპია, შესაბამისად.Mg2Ni და წყალბადის შენადნობების თვისებები წარმოდგენილია ცხრილში.4. დასახელებული სია შეგიძლიათ იხილოთ დამატებით განყოფილებაში.
სითხის ნაკადი ითვლება ტურბულენტურად, რადგან მისი სიჩქარე და რეინოლდსის რიცხვი (Re) არის 78,75 ms-1 და 14000, შესაბამისად.ამ კვლევაში არჩეული იქნა მიღწევადი k-ε ტურბულენტობის მოდელი.აღნიშნულია, რომ ეს მეთოდი უზრუნველყოფს უფრო მაღალ სიზუსტეს სხვა k-ε მეთოდებთან შედარებით და ასევე მოითხოვს ნაკლებ გამოთვლის დროს ვიდრე RNG k-ε50,51 მეთოდებს.იხილეთ დამატებითი სექცია სითბოს გადამცემი სითხეების ძირითადი განტოლებების შესახებ დეტალებისთვის.
თავდაპირველად MN რეაქტორში ტემპერატურული რეჟიმი იყო ერთგვაროვანი, ხოლო წყალბადის საშუალო კონცენტრაცია იყო 0,043.ვარაუდობენ, რომ MH რეაქტორის გარე საზღვარი კარგად არის იზოლირებული.მაგნიუმზე დაფუძნებულ შენადნობებს, როგორც წესი, ესაჭიროებათ მაღალი რეაქციის სამუშაო ტემპერატურა რეაქტორში წყალბადის შესანახად და გასათავისუფლებლად.Mg2Ni შენადნობისთვის საჭიროა ტემპერატურის დიაპაზონი 523–603 K მაქსიმალური შთანთქმისთვის და ტემპერატურის დიაპაზონი 573–603 K სრული დეზორბციისთვის52.თუმცა, Muthukumar et al.53-ის ექსპერიმენტულმა კვლევებმა აჩვენა, რომ წყალბადის შესანახად Mg2Ni მაქსიმალური შენახვის ტევადობა შეიძლება მიღწეული იყოს 573 K სამუშაო ტემპერატურაზე, რაც შეესაბამება მის თეორიულ შესაძლებლობებს.ამიტომ, ამ კვლევაში MN რეაქტორის საწყის ტემპერატურად არჩეული იყო ტემპერატურა 573 K.
შექმენით სხვადასხვა ზომის ბადე ვალიდაციისა და საიმედო შედეგებისთვის.ნახ.2 გვიჩვენებს საშუალო ტემპერატურას შერჩეულ ადგილებში წყალბადის შთანთქმის პროცესში ოთხი განსხვავებული ელემენტისგან.აღსანიშნავია, რომ თითოეული კონფიგურაციის მხოლოდ ერთი შემთხვევა შეირჩევა ქსელის დამოუკიდებლობის შესამოწმებლად მსგავსი გეომეტრიის გამო.იგივე დამაგრების მეთოდი გამოიყენება სხვა შემთხვევებში.ამიტომ, აირჩიეთ ვარიანტი 1 სპირალური მილისთვის და ვარიანტი 4 ნახევრად ცილინდრული მილისთვის.ნახ.2a, b აჩვენებს საშუალო ტემპერატურას რეაქტორში 1 და 4 ვარიანტებისთვის, შესაბამისად.სამი შერჩეული ადგილი წარმოადგენს კალაპოტის ტემპერატურის კონტურებს რეაქტორის ზედა, შუა და ქვედა ნაწილში.შერჩეულ ადგილებში ტემპერატურულ კონტურებზე დაყრდნობით, საშუალო ტემპერატურა ხდება სტაბილური და აჩვენებს მცირე ცვლილებას ელემენტის ნომრებში 428,891 და 430,599 1 და 4 შემთხვევებისთვის, შესაბამისად.ამიტომ, ეს ბადის ზომები შეირჩა შემდგომი გამოთვლითი გამოთვლებისთვის.დეტალური ინფორმაცია წყალბადის შთანთქმის პროცესის საშუალო ტემპერატურის შესახებ სხვადასხვა ზომის უჯრედებისთვის და თანმიმდევრულად დახვეწილი ბადეებისთვის ორივე შემთხვევაში მოცემულია დამატებით განყოფილებაში.
საწოლზე საშუალო ტემპერატურა წყალბადის შთანთქმის პროცესის შერჩეულ წერტილებში ლითონის ჰიდრიდის რეაქტორში სხვადასხვა ბადის ნომრებით.(ა) საშუალო ტემპერატურა შერჩეულ ადგილებში 1 შემთხვევისთვის და (ბ) საშუალო ტემპერატურა შერჩეულ ადგილებში მე-4 შემთხვევისთვის.
Mg-ზე დაფუძნებული ლითონის ჰიდრიდის რეაქტორი ამ კვლევაში შემოწმებული იყო Muthukumar et al.53-ის ექსპერიმენტული შედეგების საფუძველზე.მათ კვლევაში გამოიყენეს Mg2Ni შენადნობი წყალბადის შესანახად უჟანგავი ფოლადის მილებში.სპილენძის ფარფლები გამოიყენება რეაქტორის შიგნით სითბოს გადაცემის გასაუმჯობესებლად.ნახ.3a გვიჩვენებს აბსორბციული პროცესის კალაპოტის საშუალო ტემპერატურის შედარებას ექსპერიმენტულ კვლევასა და ამ კვლევას შორის.ამ ექსპერიმენტისთვის არჩეული სამუშაო პირობებია: MG საწყისი ტემპერატურა 573 K და შესასვლელი წნევა 2 მპა.ნახ.3a ნათლად შეიძლება აჩვენოს, რომ ეს ექსპერიმენტული შედეგი კარგად შეესაბამება დღევანდელს საშუალო ფენის ტემპერატურასთან მიმართებაში.
მოდელის შემოწმება.(ა) Mg2Ni ლითონის ჰიდრიდის რეაქტორის კოდის დადასტურება მიმდინარე კვლევის შედარებით Muthukumar et al.52-ის ექსპერიმენტულ სამუშაოსთან და (b) სპირალური მილის ტურბულენტური ნაკადის მოდელის დამოწმება მიმდინარე კვლევის კუმარის და სხვებთან შედარებით. .კვლევა.54.
ტურბულენტობის მოდელის შესამოწმებლად, ამ კვლევის შედეგები შეადარეს Kumar et al.54-ის ექსპერიმენტულ შედეგებს არჩეული ტურბულენტური მოდელის სისწორის დასადასტურებლად.კუმარმა და სხვებმა54 შეისწავლეს ტურბულენტური ნაკადი მილის სპირალურ სითბოს გადამცვლელში.წყალი გამოიყენება როგორც ცხელი და ცივი სითხე, რომელიც შეჰყავთ საპირისპირო მხრიდან.ცხელი და ცივი სითხის ტემპერატურაა 323 K და 300 K, შესაბამისად.რეინოლდსის რიცხვები მერყეობს 3100-დან 5700-მდე ცხელი სითხეებისთვის და 21000-დან 35000-მდე ცივი სითხეებისთვის.დეკანის ნომრებია 550-1000 ცხელი სითხეებისთვის და 3600-6000 ცივი სითხეებისთვის.შიდა მილის (ცხელი სითხისთვის) და გარე მილის (ცივი სითხისთვის) დიამეტრი არის შესაბამისად 0,0254 მ და 0,0508 მ.ხვეულის ხვეულის დიამეტრი და სიმაღლე არის შესაბამისად 0,762 მ და 0,100 მ.ნახ.3b გვიჩვენებს შედარება ექსპერიმენტული და მიმდინარე შედეგების სხვადასხვა წყვილი Nusselt და Dean ნომრები გამაგრილებლის შიდა მილის.განხორციელდა სამი განსხვავებული ტურბულენტური მოდელი და შეადარეს ექსპერიმენტულ შედეგებს.როგორც ნაჩვენებია ნახ.3b, მიღწევადი k-ε ტურბულენტობის მოდელის შედეგები კარგად შეესაბამება ექსპერიმენტულ მონაცემებს.ამიტომ, ეს მოდელი შეირჩა ამ კვლევაში.
ამ კვლევაში რიცხვითი სიმულაციები განხორციელდა ANSYS Fluent 2020 R2-ის გამოყენებით.დაწერეთ მომხმარებლის მიერ განსაზღვრული ფუნქცია (UDF) და გამოიყენეთ იგი ენერგიის განტოლების შეყვანის ტერმინად შთანთქმის პროცესის კინეტიკის გამოსათვლელად.PRESTO55 წრე და PISO56 მეთოდი გამოიყენება წნევა-სიჩქარის კომუნიკაციისა და წნევის კორექციისთვის.აირჩიეთ გრინ-გაუსის უჯრედის ბაზა ცვლადი გრადიენტისთვის.იმპულსი და ენერგიის განტოლებები ამოხსნილია მეორე რიგის ქარის საწინააღმდეგო მეთოდით.რაც შეეხება ნაკლებმოდუნების კოეფიციენტებს, წნევა, სიჩქარე და ენერგიის კომპონენტები დაყენებულია შესაბამისად 0.5, 0.7 და 0.7.კედლის სტანდარტული ფუნქციები გამოიყენება HTF-ზე ტურბულენტურ მოდელში.
ამ განყოფილებაში წარმოდგენილია MH რეაქტორის გაუმჯობესებული შიდა სითბოს გადაცემის რიცხვითი სიმულაციების შედეგები ხვეული ხვეული სითბოს გადამცვლელის (HCHE) და ხვეული ხვეულის სითბოს გადამცვლელის (SCHE) გამოყენებით წყალბადის შთანთქმის დროს.გაანალიზდა HTF სიმაღლის გავლენა რეაქტორის კალაპოტის ტემპერატურაზე და შთანთქმის ხანგრძლივობაზე.შთანთქმის პროცესის ძირითადი ოპერაციული პარამეტრები შესწავლილია და წარმოდგენილია მგრძნობელობის ანალიზის განყოფილებაში.
კოჭების დაშორების ეფექტის შესასწავლად სითბოს გადაცემაზე MH რეაქტორში, გამოკვლეული იქნა სამი სითბოს გადამცვლელის კონფიგურაცია სხვადასხვა სიმაღლეებით.15 მმ, 12.86 მმ და 10 მმ სამი განსხვავებული მოედანი დანიშნულია კორპუსი 1, სხეული 2 და სხეული 3.უნდა აღინიშნოს, რომ მილის დიამეტრი დაფიქსირდა 6 მმ-ზე საწყის ტემპერატურაზე 573 K და დატვირთვის წნევა 1,8 მპა ყველა შემთხვევაში.ნახ.4 გვიჩვენებს საშუალო საწოლის ტემპერატურას და წყალბადის კონცენტრაციას MH ფენაში წყალბადის შთანთქმის პროცესის დროს 1-დან 3-მდე შემთხვევებში. როგორც წესი, რეაქცია ლითონის ჰიდრიდსა და წყალბადს შორის არის ეგზოთერმული შეწოვის პროცესის მიმართ.ამიტომ, კალაპოტის ტემპერატურა სწრაფად იმატებს რეაქტორში წყალბადის პირველად შეყვანის საწყისი მომენტის გამო.საწოლის ტემპერატურა იზრდება მანამ, სანამ არ მიაღწევს მაქსიმალურ მნიშვნელობას და შემდეგ თანდათან მცირდება, რადგან სითბოს გამაგრილებელი სითხე ატარებს, რომელსაც აქვს უფრო დაბალი ტემპერატურა და მოქმედებს როგორც გამაგრილებელი.როგორც ნაჩვენებია ნახ.4a, წინა ახსნის გამო, ფენის ტემპერატურა სწრაფად იზრდება და მუდმივად იკლებს.წყალბადის კონცენტრაცია შთანთქმის პროცესისთვის ჩვეულებრივ ეფუძნება MH რეაქტორის კალაპოტის ტემპერატურას.როდესაც ფენის საშუალო ტემპერატურა გარკვეულ ტემპერატურამდე ეცემა, ლითონის ზედაპირი წყალბადს შთანთქავს.ეს გამოწვეულია ფიზორბციის, ქიმიზორბციის, წყალბადის დიფუზიის პროცესების დაჩქარებით და რეაქტორში მისი ჰიდრიდების წარმოქმნით.ნახ.4b ჩანს, რომ წყალბადის შთანთქმის სიჩქარე მე-3 შემთხვევაში უფრო დაბალია, ვიდრე სხვა შემთხვევებში, კოჭის სითბოს გადამცვლელის უფრო მცირე საფეხურის მნიშვნელობის გამო.ეს იწვევს მილის უფრო დიდ სიგრძეს და სითბოს გადაცემის უფრო დიდ ფართობს HTF მილებისთვის.წყალბადის საშუალო კონცენტრაციით 90%, შეწოვის დრო 1 შემთხვევისთვის არის 46276 წამი.1 შემთხვევაში აბსორბციის ხანგრძლივობასთან შედარებით, 2 და 3 შემთხვევებში შეწოვის ხანგრძლივობა შემცირდა შესაბამისად 724 წმ და 1263 წმ-ით.დამატებითი განყოფილება წარმოადგენს ტემპერატურულ და წყალბადის კონცენტრაციის კონტურებს HCHE-MH ფენის შერჩეული ადგილებისთვის.
კოჭებს შორის მანძილის გავლენა ფენის საშუალო ტემპერატურაზე და წყალბადის კონცენტრაციაზე.(ა) სპირალისებური ხვეულების საწოლის საშუალო ტემპერატურა, (ბ) ხვეული ხვეულებისთვის წყალბადის კონცენტრაცია, (გ) ნახევრადცილინდრული ხვეულებისთვის საწოლის საშუალო ტემპერატურა და (დ) ნახევრადცილინდრული ხვეულებისთვის წყალბადის კონცენტრაცია.
MG რეაქტორის სითბოს გადაცემის მახასიათებლების გასაუმჯობესებლად, ორი HFC შეიქმნა MG-ის მუდმივი მოცულობისთვის (2000 სმ3) და 3 ვარიანტის სპირალური სითბოს გადამცვლელი (100 სმ3). ეს განყოფილება ასევე ითვალისწინებს მანძილის ეფექტს კოჭები 15 მმ 4-სთვის, 12,86 მმ 5-სთვის და 10 მმ 6-ისთვის. ნახ.4c,d აჩვენებს წყალბადის შთანთქმის პროცესის საშუალო ტემპერატურას და კონცენტრაციას 573 K საწყის ტემპერატურაზე და 1,8 მპა დატვირთვის წნევაზე.4c-ის ფენის საშუალო ტემპერატურის მიხედვით, მე-6 შემთხვევაში ხვეულებს შორის უფრო მცირე მანძილი მნიშვნელოვნად ამცირებს ტემპერატურას დანარჩენ ორ შემთხვევასთან შედარებით.მე-6 შემთხვევისთვის, საწოლის დაბალი ტემპერატურა იწვევს წყალბადის მაღალ კონცენტრაციას (იხ. ნახ. 4d).მე-4 ვარიანტისთვის წყალბადის შეწოვის დრო არის 19542 წმ, რაც 2-ჯერ უფრო დაბალია, ვიდრე 1-3 ვარიანტებისთვის HCH-ის გამოყენებით.გარდა ამისა, მე-4 შემთხვევასთან შედარებით, შთანთქმის დრო ასევე შემცირდა 378 წმ-ით და 1515 წმ-ით მე-5 და მე-6 შემთხვევებში უფრო დაბალი მანძილით.დამატებითი სექცია წარმოადგენს ტემპერატურისა და წყალბადის კონცენტრაციის კონტურებს SCHE-MH ფენის შერჩეული ადგილებისთვის.
სითბოს გადამცვლელის ორი კონფიგურაციის მუშაობის შესასწავლად, ეს განყოფილება ასახავს და წარმოადგენს ტემპერატურის მრუდი სამ შერჩეულ ადგილას.MH რეაქტორი HCHE-ით მე-3 შემთხვევიდან არჩეული იყო MH რეაქტორთან, რომელიც შეიცავს SCHE მე-4 შემთხვევაში, რადგან მას აქვს მუდმივი MH მოცულობა და მილის მოცულობა.ამ შედარებისთვის სამუშაო პირობები იყო საწყისი ტემპერატურა 573 K და დატვირთვის წნევა 1.8 მპა.ნახ.5a და 5b აჩვენებს ტემპერატურული პროფილის სამივე შერჩეულ პოზიციას 3 და 4 შემთხვევებში, შესაბამისად.ნახ.5c გვიჩვენებს ტემპერატურულ პროფილს და ფენის კონცენტრაციას 20000 წმ წყალბადის მიღების შემდეგ.5c-ის 1-ლი სტრიქონის მიხედვით, TTF-ის ირგვლივ ტემპერატურა 3 და 4 ვარიანტებიდან მცირდება გამაგრილებლის კონვექციური სითბოს გადაცემის გამო.ეს იწვევს წყალბადის უფრო მაღალ კონცენტრაციას ამ ტერიტორიის გარშემო.თუმცა, ორი SCHE-ის გამოყენება იწვევს ფენის უფრო მაღალ კონცენტრაციას.უფრო სწრაფი კინეტიკური რეაქციები იქნა ნაპოვნი HTF რეგიონის ირგვლივ მე-4 შემთხვევაში. გარდა ამისა, მაქსიმალური კონცენტრაცია 100% იყო ასევე ნაპოვნი ამ რეგიონში.რეაქტორის შუაში მდებარე მე-2 ხაზიდან, მე-4 შემთხვევის ტემპერატურა მნიშვნელოვნად დაბალია მე-3 შემთხვევის ტემპერატურაზე ყველა ადგილას, გარდა რეაქტორის ცენტრისა.ეს იწვევს წყალბადის მაქსიმალურ კონცენტრაციას მე-4 შემთხვევისთვის, გარდა იმ რეგიონისა, რომელიც მდებარეობს რეაქტორის ცენტრთან ახლოს HTF-დან.თუმცა მე-3 შემთხვევის კონცენტრაცია დიდად არ შეცვლილა.დიდი განსხვავება ფენის ტემპერატურასა და კონცენტრაციაში დაფიქსირდა მე-3 ხაზზე GTS-ის შესასვლელთან.ფენის ტემპერატურა მე-4 შემთხვევაში საგრძნობლად შემცირდა, რის შედეგადაც წყალბადის ყველაზე მაღალი კონცენტრაცია იყო ამ რეგიონში, ხოლო კონცენტრაციის ხაზი მე-3 შემთხვევაში კვლავ მერყეობდა.ეს გამოწვეულია SCHE სითბოს გადაცემის დაჩქარებით.დეტალები და განხილვა MH ფენისა და HTF მილის საშუალო ტემპერატურის შედარების შესახებ შემთხვევა 3 და შემთხვევა 4 მოცემულია დამატებით ნაწილში.
ტემპერატურის პროფილი და ფსკერის კონცენტრაცია ლითონის ჰიდრიდის რეაქტორში შერჩეულ ადგილებში.(ა) შერჩეული ადგილები მე-3 შემთხვევისთვის, (ბ) არჩეული ადგილები მე-4 შემთხვევისთვის და (გ) ტემპერატურის პროფილი და ფენის კონცენტრაცია შერჩეულ ადგილებში 20000 წამის შემდეგ წყალბადის შეწოვის პროცესისთვის 3 და 4 შემთხვევებში.
ნახ.სურათი 6 გვიჩვენებს საშუალო საწოლის ტემპერატურის (იხ. სურ. 6a) და წყალბადის კონცენტრაციის (იხ. ნახ. 6b) შედარებას HCH-ისა და SHE-ის შთანთქმისთვის.ამ ფიგურიდან ჩანს, რომ MG ფენის ტემპერატურა მნიშვნელოვნად იკლებს სითბოს გაცვლის არეალის გაზრდის გამო.რეაქტორიდან მეტი სითბოს ამოღება იწვევს წყალბადის შეწოვის მაღალ სიჩქარეს.მიუხედავად იმისა, რომ სითბოს გადამცვლელის ორ კონფიგურაციას აქვს იგივე მოცულობები HCHE-ს, როგორც ვარიანტი 3-ის გამოყენებასთან შედარებით, SCHE-ის წყალბადის მიღების დრო მე-4 ვარიანტზე დაფუძნებული მნიშვნელოვნად შემცირდა 59%-ით.უფრო დეტალური ანალიზისთვის წყალბადის კონცენტრაციები სითბოს გადამცვლელის ორი კონფიგურაციისთვის ნაჩვენებია როგორც იზოლირებულები ნახაზზე 7. ეს სურათი გვიჩვენებს, რომ ორივე შემთხვევაში წყალბადი იწყებს აბსორბციას ქვემოდან HTF შესასვლელის გარშემო.უფრო მაღალი კონცენტრაციები დაფიქსირდა HTF რეგიონში, ხოლო დაბალი კონცენტრაციები დაფიქსირდა MH რეაქტორის ცენტრში სითბოს გადამცვლელიდან მისი დაშორების გამო.10,000 წმ-ის შემდეგ, წყალბადის კონცენტრაცია მე-4 შემთხვევაში მნიშვნელოვნად მაღალია, ვიდრე მე-3 შემთხვევაში. 20,000 წამის შემდეგ, რეაქტორში წყალბადის საშუალო კონცენტრაცია გაიზარდა 90%-მდე მე-4 შემთხვევაში, 50%-მდე წყალბადის შემთხვევაში მე-3 შემთხვევაში. ორი SCHE-ის გაერთიანების უფრო მაღალი ეფექტური გაგრილების სიმძლავრემდე, რაც იწვევს MH ფენის შიგნით დაბალ ტემპერატურას.შესაბამისად, უფრო წონასწორული წნევა ეცემა MG ფენის შიგნით, რაც იწვევს წყალბადის უფრო სწრაფ შეწოვას.
შემთხვევა 3 და შემთხვევა 4 საშუალო საწოლის ტემპერატურისა და წყალბადის კონცენტრაციის შედარება სითბოს გადამცვლელის ორ კონფიგურაციას შორის.
წყალბადის კონცენტრაციის შედარება 500, 2000, 5000, 10000 და 20000 წმ წყალბადის შთანთქმის პროცესის დაწყების შემდეგ მე-3 და შემთხვევა 4.
ცხრილი 5 აჯამებს წყალბადის მიღების ხანგრძლივობას ყველა შემთხვევისთვის.გარდა ამისა, ცხრილში მოცემულია წყალბადის შთანთქმის დრო, გამოხატული პროცენტულად.ეს პროცენტი გამოითვლება 1-ლი შემთხვევის შთანთქმის დროის მიხედვით. ამ ცხრილიდან MH რეაქტორის შთანთქმის დრო HCHE-ის გამოყენებით არის დაახლოებით 45,000-დან 46,000 წმ-მდე, ხოლო შთანთქმის დრო SCHE-ს ჩათვლით არის დაახლოებით 18,000-დან 19,000 წმ-მდე.1-ლ შემთხვევასთან შედარებით, მე-2 და მე-3 შემთხვევაში შეწოვის დრო შემცირდა მხოლოდ 1.6%-ით და 2.7%-ით, შესაბამისად.SCHE-ს ნაცვლად HCHE-ს გამოყენებისას, შთანთქმის დრო მნიშვნელოვნად შემცირდა მე-4 შემთხვევიდან მე-6 შემთხვევამდე, 58%-დან 61%-მდე.ნათელია, რომ SCHE-ს დამატება MH რეაქტორში მნიშვნელოვნად აუმჯობესებს წყალბადის შთანთქმის პროცესს და MH რეაქტორის მუშაობას.მიუხედავად იმისა, რომ სითბოს გადამცვლელის დაყენება MH რეაქტორში ამცირებს შენახვის მოცულობას, ეს ტექნოლოგია უზრუნველყოფს სითბოს გადაცემის მნიშვნელოვან გაუმჯობესებას სხვა ტექნოლოგიებთან შედარებით.ასევე, სიმაღლის მნიშვნელობის შემცირება გაზრდის SCHE-ს მოცულობას, რაც გამოიწვევს MH-ის მოცულობის შემცირებას.მე-6 შემთხვევაში ყველაზე მაღალი SCHE მოცულობით, MH მოცულობითი სიმძლავრე მხოლოდ 5%-ით შემცირდა 1-ლ შემთხვევასთან შედარებით ყველაზე დაბალი HCHE მოცულობით.გარდა ამისა, შეწოვის დროს მე-6 შემთხვევამ აჩვენა უფრო სწრაფი და უკეთესი მოქმედება შთანთქმის დროის 61%-ით შემცირებით.ამიტომ მე-6 შემთხვევა არჩეული იყო შემდგომი გამოკვლევისთვის სენსიტიურობის ანალიზში.უნდა აღინიშნოს, რომ წყალბადის მიღების ხანგრძლივი დრო დაკავშირებულია შესანახ ავზთან, რომელიც შეიცავს MH მოცულობას დაახლოებით 2000 სმ3.
რეაქციის დროს მოქმედი პარამეტრები მნიშვნელოვანი ფაქტორებია, რომლებიც დადებითად ან უარყოფითად მოქმედებს MH რეაქტორის მუშაობაზე რეალურ პირობებში.ეს კვლევა განიხილავს მგრძნობიარობის ანალიზს MH რეაქტორის შესაბამისი საწყისი სამუშაო პარამეტრების დასადგენად SCHE-თან ერთად და ეს განყოფილება იკვლევს ოთხ ძირითად ოპერაციულ პარამეტრს მე-6 შემთხვევაში რეაქტორის ოპტიმალური კონფიგურაციის საფუძველზე. შედეგები ყველა სამუშაო პირობებისთვის ნაჩვენებია სურ. 8.
წყალბადის კონცენტრაციის გრაფიკი სხვადასხვა სამუშაო პირობებში სითბოს გადამცვლელის გამოყენებისას ნახევრად ცილინდრული კოჭით.(ა) დატვირთვის წნევა, (ბ) საწოლის საწყისი ტემპერატურა, (გ) გამაგრილებლის რეინოლდსის ნომერი და (დ) გამაგრილებლის შესასვლელი ტემპერატურა.
მუდმივი საწყისი ტემპერატურის 573 K და გამაგრილებლის ნაკადის სიჩქარის საფუძველზე რეინოლდსის რიცხვით 14000, შეირჩა ოთხი განსხვავებული დატვირთვის წნევა: 1.2 MPa, 1.8 MPa, 2.4 MPa და 3.0 MPa.ნახ.8a გვიჩვენებს დატვირთვის წნევის და SCHE-ის გავლენას წყალბადის კონცენტრაციაზე დროთა განმავლობაში.შეწოვის დრო მცირდება დატვირთვის წნევის მატებასთან ერთად.გამოყენებული წყალბადის წნევის გამოყენება 1.2 მპა არის ყველაზე უარესი შემთხვევა წყალბადის შთანთქმის პროცესისთვის და შთანთქმის ხანგრძლივობა აღემატება 26000 წმ-ს წყალბადის 90%-იანი შთანთქმის მისაღწევად.თუმცა, უფრო მაღალი დატვირთვის წნევამ გამოიწვია შეწოვის დროის 32-42% შემცირება 1.8-დან 3.0 მპა-მდე.ეს გამოწვეულია წყალბადის უფრო მაღალი საწყისი წნევით, რაც იწვევს უფრო დიდ განსხვავებას წონასწორობის წნევასა და გამოყენებულ წნევას შორის.მაშასადამე, ეს ქმნის დიდ მამოძრავებელ ძალას წყალბადის შეწოვის კინეტიკაზე.საწყის მომენტში წყალბადის გაზი სწრაფად შეიწოვება წონასწორულ წნევასა და გამოყენებულ წნევას შორის დიდი სხვაობის გამო57.დატვირთვის 3.0 მპა წნევის დროს პირველი 10 წამის განმავლობაში 18% წყალბადი სწრაფად გროვდებოდა.წყალბადი ინახებოდა რეაქტორების 90%-ში ბოლო ეტაპზე 15460 წმ.თუმცა, დატვირთვის ზეწოლისას 1.2-დან 1.8 მპა-მდე, შთანთქმის დრო მნიშვნელოვნად შემცირდა 32%-ით.სხვა უფრო მაღალმა წნევამ ნაკლები გავლენა მოახდინა შეწოვის დროის გაუმჯობესებაზე.ამიტომ რეკომენდებულია MH-SCHE რეაქტორის დატვირთვის წნევა იყოს 1,8 მპა.დამატებითი განყოფილება გვიჩვენებს წყალბადის კონცენტრაციის კონტურებს სხვადასხვა დატვირთვის წნევისთვის 15500 წმ.
MH რეაქტორის შესაბამისი საწყისი ტემპერატურის არჩევა ერთ-ერთი მთავარი ფაქტორია, რომელიც გავლენას ახდენს წყალბადის ადსორბციის პროცესზე, რადგან ის გავლენას ახდენს ჰიდრიდის წარმოქმნის რეაქციის მამოძრავებელ ძალაზე.SCHE-ის ეფექტის შესასწავლად MH რეაქტორის საწყის ტემპერატურაზე, არჩეულ იქნა ოთხი განსხვავებული ტემპერატურა მუდმივი დატვირთვის წნევით 1,8 მპა და რეინოლდსის რიცხვი 14000 HTF.ნახ.სურათი 8b გვიჩვენებს სხვადასხვა საწყისი ტემპერატურის შედარებას, მათ შორის 473K, 523K, 573K და 623K.სინამდვილეში, როდესაც ტემპერატურა 230°C ან 503K58-ზე მაღალია, Mg2Ni შენადნობას აქვს ეფექტური მახასიათებლები წყალბადის შთანთქმის პროცესისთვის.თუმცა წყალბადის ინექციის საწყის მომენტში ტემპერატურა სწრაფად იმატებს.შესაბამისად, MG ფენის ტემპერატურა გადააჭარბებს 523 K-ს. შესაბამისად, ჰიდრიდების წარმოქმნა ხელს უწყობს გაზრდილი შთანთქმის სიჩქარის გამო53.ნახ.ნახაზი 8b-დან ჩანს, რომ წყალბადი უფრო სწრაფად შეიწოვება, როდესაც MB ფენის საწყისი ტემპერატურა მცირდება.დაბალი წონასწორული წნევა ხდება მაშინ, როდესაც საწყისი ტემპერატურა დაბალია.რაც უფრო დიდია წნევის სხვაობა წონასწორულ წნევასა და გამოყენებულ წნევას შორის, მით უფრო სწრაფია წყალბადის შეწოვის პროცესი.473 K საწყის ტემპერატურაზე წყალბადი სწრაფად შეიწოვება 27%-მდე პირველი 18 წამის განმავლობაში.გარდა ამისა, შეწოვის დრო ასევე შემცირდა 11%-დან 24%-მდე დაბალ საწყის ტემპერატურაზე 623 კ საწყის ტემპერატურასთან შედარებით. აბსორბციის დრო 473 კ საწყის ყველაზე დაბალ ტემპერატურაზე არის 15247 წმ, რაც საუკეთესოს მსგავსია. შემთხვევის დატვირთვის წნევა, თუმცა, საწყისი ტემპერატურის რეაქტორის ტემპერატურის შემცირება იწვევს წყალბადის შენახვის სიმძლავრის შემცირებას.MN რეაქტორის საწყისი ტემპერატურა უნდა იყოს მინიმუმ 503 K53.გარდა ამისა, 573 K53 საწყის ტემპერატურაზე, წყალბადის შენახვის მაქსიმალური სიმძლავრე შეიძლება იყოს 3.6 wt%.წყალბადის შენახვის სიმძლავრისა და შთანთქმის ხანგრძლივობის თვალსაზრისით, 523-დან 573 K-მდე ტემპერატურა ამცირებს დროს მხოლოდ 6%-ით.აქედან გამომდინარე, MH-SCHE რეაქტორის საწყისი ტემპერატურაა შემოთავაზებული 573 K ტემპერატურა.თუმცა, საწყისი ტემპერატურის გავლენა შთანთქმის პროცესზე ნაკლებად მნიშვნელოვანი იყო დატვირთვის წნევასთან შედარებით.დამატებითი განყოფილება აჩვენებს წყალბადის კონცენტრაციის კონტურებს სხვადასხვა საწყისი ტემპერატურისთვის 15500 წმ.
ნაკადის სიჩქარე ჰიდროგენიზაციისა და დეჰიდროგენაციის ერთ-ერთი მთავარი პარამეტრია, რადგან მას შეუძლია გავლენა მოახდინოს ტურბულენტობაზე და სითბოს მოცილებაზე ან შეყვანაზე ჰიდროგენაციისა და დეჰიდროგენიზაციის დროს59.ნაკადის მაღალი სიხშირე შექმნის ტურბულენტურ ფაზებს და გამოიწვევს სითხის უფრო სწრაფ ნაკადს HTF მილში.ეს რეაქცია გამოიწვევს უფრო სწრაფ სითბოს გადაცემას.HTF-სთვის შესვლის სხვადასხვა სიჩქარე გამოითვლება რეინოლდსის 10,000, 14,000, 18,000 და 22,000 რიცხვებზე დაყრდნობით.MG ფენის საწყისი ტემპერატურა დაფიქსირდა 573 K-ზე, ხოლო დატვირთვის წნევა 1.8 მპა-ზე.შედეგები ნახ.8c გვიჩვენებს, რომ უფრო მაღალი რეინოლდსის რიცხვის გამოყენება SCHE-სთან კომბინაციაში იწვევს ათვისების უფრო მაღალ სიჩქარეს.როდესაც რეინოლდსის რიცხვი იზრდება 10000-დან 22000-მდე, შთანთქმის დრო მცირდება დაახლოებით 28-50%-ით.აბსორბციის დრო რეინოლდსის 22000 რიცხვში არის 12505 წამი, რაც ნაკლებია, ვიდრე სხვადასხვა საწყისი დატვირთვის ტემპერატურასა და წნევაზე.წყალბადის კონცენტრაციის კონტურები სხვადასხვა რეინოლდსის რიცხვებისთვის GTP-სთვის 12500 წმ-ზე წარმოდგენილია დამატებით ნაწილში.
SCHE-ს ეფექტი HTF-ის საწყის ტემპერატურაზე გაანალიზებულია და ნაჩვენებია ნახ. 8d.საწყისი MG ტემპერატურა 573 K და წყალბადის დატვირთვის წნევა 1.8 MPa, ამ ანალიზისთვის არჩეული იყო ოთხი საწყისი ტემპერატურა: 373 K, 473 K, 523 K და 573 K. 8d აჩვენებს, რომ გამაგრილებლის ტემპერატურის შემცირება. შესასვლელში იწვევს შეწოვის დროის შემცირებას.573 K შემავალი ტემპერატურით საბაზისო კედელთან შედარებით, შეწოვის დრო შემცირდა დაახლოებით 20%, 44% და 56%-ით 523 K, 473 K და 373 K შემავალი ტემპერატურისთვის, შესაბამისად.6917 წმ-ზე GTF-ის საწყისი ტემპერატურაა 373 K, წყალბადის კონცენტრაცია რეაქტორში 90%.ეს შეიძლება აიხსნას გაძლიერებული კონვექციური სითბოს გადაცემით MG ფენასა და HCS-ს შორის.დაბალი HTF ტემპერატურა გაზრდის სითბოს გაფრქვევას და გამოიწვევს წყალბადის შეწოვის გაზრდას.ყველა ოპერაციულ პარამეტრს შორის, MH-SCHE რეაქტორის მუშაობის გაუმჯობესება HTF შესასვლელი ტემპერატურის გაზრდით იყო ყველაზე შესაფერისი მეთოდი, ვინაიდან შთანთქმის პროცესის დასრულების დრო იყო 7000 წმ-ზე ნაკლები, ხოლო სხვა მეთოდების უმოკლეს შთანთქმის დრო მეტი იყო. 10000 წმ-ზე მეტი.წყალბადის კონცენტრაციის კონტურები წარმოდგენილია GTP-ის სხვადასხვა საწყისი ტემპერატურისთვის 7000 წმ.
ეს კვლევა პირველად წარმოგიდგენთ ახალ ნახევრად ცილინდრულ კოჭის სითბოს გადამცვლელს, რომელიც ინტეგრირებულია ლითონის ჰიდრიდის შესანახ ერთეულში.წყალბადის შთანთქმის შემოთავაზებული სისტემის უნარი გამოიკვლია სითბოს გადამცვლელის სხვადასხვა კონფიგურაციით.გამოიკვლია ოპერაციული პარამეტრების გავლენა სითბოს გაცვლაზე ლითონის ჰიდრიდის ფენასა და გამაგრილებელს შორის, რათა ვიპოვოთ ოპტიმალური პირობები ლითონის ჰიდრიდების შესანახად ახალი სითბოს გადამცვლელის გამოყენებით.ამ კვლევის ძირითადი მიგნებები შეჯამებულია შემდეგნაირად:
ნახევრად ცილინდრული კოჭის სითბოს გადამცვლელით, სითბოს გადაცემის შესრულება გაუმჯობესებულია, რადგან მას აქვს უფრო ერთგვაროვანი სითბოს განაწილება მაგნიუმის ფენის რეაქტორში, რაც იწვევს წყალბადის შთანთქმის უკეთეს სიჩქარეს.იმ პირობით, რომ სითბოს გადამცვლელი მილისა და ლითონის ჰიდრიდის მოცულობა უცვლელი რჩება, შთანთქმის რეაქციის დრო მნიშვნელოვნად შემცირდება 59%-ით, ჩვეულებრივი ხვეული ხვეული სითბოს გადამცვლელთან შედარებით.
გამოქვეყნების დრო: იან-15-2023