基于内管移动的卧式管壳式相变储热器储热性能优化研究

相变储热技术能够实现对固态储放氢过程热量的回收和供给,实现固态储氢罐内的自热平衡,提高储放氢性能。研究针对卧式管壳式相变储热器,提出了一种新型的内管偏心放置绕中心轴线旋转的运动方式,采用Fluent数值模拟软件,基于动网格技术编写了用户自定义函数UDF,重点研究了内管偏心距离与旋转速度对储热性能的影响。结果表明:与传统中心内管静止布置相比,偏心内管的旋转运动能够显著提高储热性能,当偏心距离为9 mm,旋转速度为0.10 r/min时,储热时间达到最小值,储热时间减少了92.16%,时间平均储热速率是内管静止布置的11.51倍;当偏心距离为9 mm,旋转速度由0.30 r/min减少至0.10 r/min时,储热时间减少了13.57%;当旋转速度为0.10 r/min,偏心距离由3 mm增至9 mm时,储热时间减少了70.48%。该研究结果可为卧式管壳式相变储热器在储氢领域的性能优化研究提供新思路。

基于换热管束优化布置的固态储氢反应器储氢性能模拟研究

为探究固态储氢反应器内的热质传递过程,建立了反应器的二维数值计算模型,分析了反应器内固态储氢材料的径向反应分率分布特性,以及储氢材料床层厚度与换热管径对饱和半径的影响规律,进而开展了换热管束优化布置研究。结果表明:换热管存在对应的最大饱和半径,且随管径增加而增大;当管半径为1.00~6.00 mm的单管布置时,最大饱和半径分别为2.60、3.30、3.50、3.70、3.80、3.90 mm,其中半径为1.00、2.00、3.00 mm的换热管体积分数较小,分别为7.72%、14.24%、21.30%,当这3种换热管以管束布置时,较优的管间床层厚度分别为4.86、6.09、6.38 mm;此外,增设换热管束可有效改善反应器内反应死区的储氢性能。在半径2.00 mm换热管束的反应器内,与未增设换热管束相比,在反应死区增设12根半径1.00 mm换热管后储氢时间减少了40.00%,为267 s,而换热管束体积分数仅增加了1.92%,储氢量仅减少2.17%。该研究成果可为固态储氢反应器的优化设计奠定基础,并为后续的工程应用提供指导。