本文關(guān)鍵詞：螺旋管式儲(chǔ)氫反應(yīng)器的研究及性能評(píng)價(jià)

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【摘要】：本文將目前發(fā)展較快的微通道技術(shù)應(yīng)用于儲(chǔ)氫反應(yīng)器中,開(kāi)發(fā)了簡(jiǎn)潔、高效的螺旋管式儲(chǔ)氫反應(yīng)器(Spir_al Mini-Channel Reactor).簡(jiǎn)稱SMCR。根據(jù)其特點(diǎn),建立了完整準(zhǔn)確的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)表達(dá)式；并對(duì)設(shè)計(jì)的主要參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化；最后,利用目前較全面的性能評(píng)價(jià)系統(tǒng)對(duì)反應(yīng)器進(jìn)行了評(píng)價(jià)對(duì)比。本文首先在微通道反應(yīng)器的基礎(chǔ)上,通過(guò)改造反應(yīng)器的結(jié)構(gòu),提出了新的螺旋管式儲(chǔ)氫反應(yīng)器即SMCR。在儲(chǔ)氫反應(yīng)的熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)過(guò)程分析的基礎(chǔ)上,建立了過(guò)程的數(shù)值模型。對(duì)吸放氫過(guò)程的有限元和算法進(jìn)行了分析,驗(yàn)證模型有效并可以使用。在此基礎(chǔ)上,結(jié)合儲(chǔ)氫反應(yīng)的過(guò)程性能表現(xiàn)對(duì)SMCR的結(jié)構(gòu)參數(shù)和操作參數(shù)進(jìn)行篩選,確定最優(yōu)尺寸為r_a=2.2 mm, r_c=5.5 mm, b=5 mm, r_1=4 mm和N=3,并在此過(guò)程中根據(jù)反應(yīng)現(xiàn)象追溯熱量傳遞和質(zhì)量傳遞過(guò)程。分析了操作條件對(duì)吸放氫過(guò)程的影響,并根據(jù)實(shí)際狀況確定了最優(yōu)的操作條件裝填系數(shù)θ_p=0.6,有效導(dǎo)熱系數(shù)k2.5W·m~(-1)·K~(-1)和換熱系數(shù)h=1000W·m~(-2)·K~(-1)。其他條件因?yàn)槲艢溥^(guò)程的不同確定為：吸氫狀態(tài)下,供氫壓力P10 atm,初始溫度T288.15 K；放氫狀態(tài)下系統(tǒng)壓力P0.5 atm,初始溫度T=353.15 K。文章最后根據(jù)SMCR拓展一種新型的圓環(huán)管儲(chǔ)氫反應(yīng)器(Ring Mini-Channel Reactor),簡(jiǎn)稱RMCR。并且通過(guò)現(xiàn)有的比較全面的性能評(píng)價(jià)體系,得出在吸氫狀態(tài)下,RMCR的綜合性能K_c是MCR的1.09倍,而SMCR的綜合性能K_c是MCR的36.91倍。這意味著在相同的外部操作條件及換熱條件下,SMCR比MCR, RMCR有更好的熱利用效果,即在單位時(shí)間內(nèi),SMCR能夠與更多的金屬氫化物材料發(fā)生反應(yīng),具有較高的儲(chǔ)氫效率。
【關(guān)鍵詞】：儲(chǔ)氫反應(yīng)器 微通道 SMCR 金屬氫化物 性能評(píng)價(jià)
【學(xué)位授予單位】：西北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ052
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-6
• 符號(hào)對(duì)照表6-9
• 縮略語(yǔ)對(duì)照表9-12
• 第一章 緒論12-25
• 1.1 研究背景12-15
• 1.1.1 氫能體系12-13
• 1.1.2 氫能制備技術(shù)13-15
• 1.2 儲(chǔ)氫方式15-18
• 1.2.1 物理方式儲(chǔ)氫15-16
• 1.2.2 化學(xué)儲(chǔ)氫16-18
• 1.3 儲(chǔ)氫反應(yīng)器18-21
• 1.4 儲(chǔ)氫合金的能量轉(zhuǎn)換機(jī)制21-22
• 1.5 儲(chǔ)氫反應(yīng)器的應(yīng)用22-23
• 1.6 本文主要工作23-25
• 第二章 數(shù)值模型的建立25-39
• 2.1 儲(chǔ)氫過(guò)程分析25-27
• 2.1.1 熱力學(xué)過(guò)程25
• 2.1.2 動(dòng)力學(xué)過(guò)程25-26
• 2.1.3 儲(chǔ)氫系統(tǒng)熱力學(xué)分析26-27
• 2.2 動(dòng)力學(xué)過(guò)程模型介紹27-29
• 2.3 數(shù)值模型29-31
• 2.3.1 床層控制方程29-30
• 2.3.2 換熱流體的控制方程30-31
• 2.3.3 初始條件和邊界條件31
• 2.4 反應(yīng)器模型31-34
• 2.5 有限元及算法分析34-37
• 2.6 模型有效性驗(yàn)證37-39
• 第三章 反應(yīng)器優(yōu)化及操作條件物性參數(shù)的改良39-58
• 3.1 反應(yīng)器設(shè)計(jì)和優(yōu)化39-48
• 3.1.1 螺旋管的次半徑40
• 3.1.2 螺旋管的主半徑40-41
• 3.1.3 螺旋管的軸向節(jié)距41-43
• 3.1.4 管型對(duì)反應(yīng)器的影響研究43
• 3.1.5 安裝角度對(duì)反應(yīng)器的影響研究43-45
• 3.1.6 氫管半徑45-46
• 3.1.7 換熱管數(shù)量46-48
• 3.2 操作條件的選擇48-55
• 3.2.1 裝填系數(shù)48-50
• 3.2.2 供氫壓力50-53
• 3.2.3 起始溫度53-55
• 3.3 物性參數(shù)的改良55-58
• 3.3.1 熱傳導(dǎo)系數(shù)55-56
• 3.3.2 換熱系數(shù)56-58
• 第四章 反應(yīng)器性能評(píng)價(jià)58-65
• 4.1 RMCR反應(yīng)器模型58-59
• 4.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)59-61
• 4.3 指標(biāo)構(gòu)成因素分析61-62
• 4.4 性能評(píng)價(jià)62-65
• 結(jié)論65-67
• 參考文獻(xiàn)67-74
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的科研成果74-76
• 致謝76

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本文編號(hào)：758366