傳統(tǒng)化石能源的日益枯竭使得新型能源的發(fā)展成為各國關(guān)注的焦點,其中關(guān)于氫能的研究成為各國的研究熱點。氫能的有效利用首要解決的是氫能的存儲問題,為此國際熱核聚變實驗堆項目（ITER）和中國核聚變實驗堆項目（CFETR）中都涉及到氫的快速存儲問題。合金儲氫因其儲氫量大、儲氫條件溫和成為儲氫的一種重要方式,其中ZrCo合金作為一種具有低壓氫同位素捕捉能力的儲氫合金被視為極有可能代替鈾作為ITER項目的重要涉氫工程中的氫儲存材料。另外ZrCo合金儲氫發(fā)生的是可逆的放熱化學(xué)反應(yīng),在反應(yīng)中的放熱效應(yīng)會對儲氫反應(yīng)量,儲氫反應(yīng)罐的使用壽命都有影響,因此深刻理解反應(yīng)器內(nèi)的溫度梯度分布及導(dǎo)熱效應(yīng)對于提高儲氫反應(yīng)器的使用壽命以及提高儲氫量都有重要的影響。因此本文依托項目需要建立ZrCo合金儲氫過程的含化學(xué)反應(yīng)源項的數(shù)值模型以及含換熱的多場耦合分析數(shù)值模型。在Fluent流場軟件中采用UDF編程的方法實現(xiàn)源項程序的加載�？紤]多參數(shù)對ZrCo儲氫反應(yīng)床吸氫過程溫度變化的影響以及溫度梯度的分布,最后根據(jù)多參數(shù)影響效應(yīng)對反應(yīng)床進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。因此本文開展了如下工作:第一,本文首先建立對耳式二維吸氫反應(yīng)床體,隨后結(jié)合... 

【文章頁數(shù)】：89 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 課題背景及研究意義
    1.2 國內(nèi)外儲氫研究現(xiàn)狀
        1.2.1 高壓儲氫運用研究現(xiàn)狀
        1.2.2 低溫液壓儲氫運用研究現(xiàn)狀
        1.2.3 合金儲氫研究現(xiàn)狀
            1.2.3.1 合金儲氫材料運用研究
            1.2.3.2 合金儲氫反應(yīng)床設(shè)計、試驗和數(shù)值模擬研究
    1.3 本文研究內(nèi)容與研究思路
        1.3.1 二維數(shù)值模型下一種罐式反應(yīng)器多參數(shù)響應(yīng)效應(yīng)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計
        1.3.2 三維雙層薄壁反應(yīng)器數(shù)值模型建立及模型有限性驗證
        1.3.3 三維雙層薄壁反應(yīng)器下多參數(shù)效應(yīng)與結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計
    1.4 研究思路框架
2 二維吸氫數(shù)值分析與對耳式反應(yīng)床結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計
    2.1 罐式反應(yīng)器幾何模型建立
    2.2 吸氫數(shù)值模型、傳熱模型與吸氫化學(xué)反應(yīng)源項UDF程序的實現(xiàn)
        2.2.1 中心反應(yīng)區(qū)含化學(xué)反應(yīng)源項的能量控制方程
        2.2.2 床體傳熱數(shù)值模型建立
        2.2.3 化學(xué)反應(yīng)能量源項UDF程序設(shè)計與編譯
        2.2.4 初始條件參數(shù)與模型假設(shè)
            2.2.4.1 初始條件參數(shù)
            2.2.4.2 模型假設(shè)
    2.3 參數(shù)效應(yīng)模擬與討論
        2.3.1 不同冷卻介質(zhì)種類的影響效應(yīng)
        2.3.2 冷卻水流速的影響效應(yīng)
        2.3.3 不同外壁材質(zhì)的影響效應(yīng)
        2.3.4 不同徑高比的影響效應(yīng)
        2.3.5 Al粉的混入改變熱導(dǎo)率的影響
    2.4 結(jié)構(gòu)優(yōu)化與設(shè)計
        2.4.1 方案1-中通冷卻管方式
        2.4.2 方案2-中通冷卻管+傳熱翅片方式
    2.5 本章小結(jié)
3 三維吸氫數(shù)值模型建立與模型有效性驗證
    3.1 ZrCo合金儲氫基本理論
        3.1.1 吸氫原理——P-C-T曲線方程
        3.1.2 吸氫速率方程
    3.2 中心反應(yīng)區(qū)數(shù)值模型建立
        3.2.1 反應(yīng)區(qū)質(zhì)量守恒方程建立
        3.2.2 反應(yīng)區(qū)動量守恒方程建立
        3.2.3 反應(yīng)區(qū)能量守恒方程建立
        3.2.4 吸氫反應(yīng)能量源項UDF程序設(shè)計與編譯
    3.3 傳熱傳質(zhì)區(qū)域數(shù)值模型建立
        3.3.1 流固耦合區(qū)傳熱模型
        3.3.2 熱傳導(dǎo)區(qū)域傳熱數(shù)值模型
    3.4 多場耦合模型有效驗證
        3.4.1 多場耦合數(shù)值模型
        3.4.2 數(shù)值模型有效性驗證
    3.5 本章小結(jié)
4 儲氫參數(shù)效應(yīng)與雙層薄壁反應(yīng)器優(yōu)化設(shè)計
    4.1 雙層薄壁式反應(yīng)床模型尺寸
    4.2 雙層薄壁反應(yīng)器網(wǎng)格劃分
    4.3 儲氫操作參數(shù)效應(yīng)
        4.3.1 不同冷卻水流速的影響
        4.3.2 不同初始反應(yīng)溫度的影響
        4.3.3 Cu粉摻雜改變ZrCo合金儲氫層熱容、熱導(dǎo)率效應(yīng)
    4.4 床層結(jié)構(gòu)參數(shù)效應(yīng)
        4.4.1 不同儲氫材料效應(yīng)
        4.4.2 不同儲氫層厚度影響
    4.5 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方案
        4.5.1 方案1-30組冷卻通道式
        4.5.2 方案2-24組冷卻通道+儲氫層傳熱翅片式
    4.6 本章小結(jié)
5 總結(jié)與展望
    5.1 總結(jié)
    5.2 展望
致謝
參考文獻
附件1
附件2
個人簡歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及取得的研究成果


【參考文獻】：
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本文編號：3677927