耦合相变储热的金属氢化物反应器吸氢过程模拟

基于金属氢化物储氢反应,建立了相变材料蓄热的固体储氢反应器模型,模拟研究了吸氢压力等操作参数及相变材料的相变温度、固(液)态导热系数、相变潜热等物性参数对固体储氢反应器工作过程的影响. 结果表明,相变材料的固态导热系数和相变潜热对固体储氢反应器性能的影响较小,相变温度和液态导热系数对反应器性能影响较大. 相变温度越低,液态导热系数越大,储氢反应器性能越好. 在使用最优的相变材料储能时,提高充入氢气的压力可加快反应速率,强化相变材料的传热,有助于进一步优化反应器的储氢性能.     

复合固化吸附储氢材料的传热性能测试及仿真

针对目前金属氢化物储氢技术中面临的粉化后传热性能不佳等问题,采用膨胀石墨为基质配制固化的金属氢化物吸附剂。使用Hotd isk热物性分析仪,测试了固化吸附剂的热物性参数,并对固化吸附床的传热及相应的储氢特性进行了仿真。研究结果表明,固化混合吸附剂相对于散装的储氢合金,轴向导热系数最高提高了52倍左右,径向导热系数最高提高了12倍左右。通过仿真发现,在相同的80℃热源温度下,固化混合吸附床所需要的加热时间相对于散装储氢合金吸附床可以缩短17%,吸氢速率可以提高24%。     

强化金属氢化物传热的研究

本文通过分析金属氢化物的传热特点,论述了金属氢化物本身强化传热的方法及发展动态,以及反应器的强化传热设计研究方向。现在世界各国都在积极开展金属氢化物的开发和利用研究,其主要原因是氢作为洁净的二次能源而越来越受到人们的重视。金属氢化物作为能量转换材料的出现,给目前存在的大量低品位能量的利用带来了希望。例如以低品位能量作为加热介质,利用金属氢化物组成氢压缩器,能够产生高压氢,将其作为动力用于发电;以低品位能量作为加热介质,通过金属氢化物化学热泵,可用于制冷;也可通过金属氢化物化学热泵,把低品位热提高到较高的温度加以利用等。但是,由于金属氢化物的导热性能差和反应器的设计欠佳,因此导致金属氢化物的氢化反应时间较长,成本也高。只有当这两个问题能得到合理的解决,金属氢化物才会具有实际应用价值。     

新型储氢装置及其氢化反应床制备技术

正一、项目简介本成果提供了一种新型储氢装置及其相关氢化反应床制造技术。通过采用自主研制的储氢合金粉/泡沫金属基板湿法或干法复合氢化反应床制备新技术,将储氢装置的传热性能提高50%以上,并能有效防止储氢合金粉在吸放氢循环使用过程中的流动堆积和破坏容器。本成果开发的新型金属氢化物储氢装置的主要性能指标达到国际先进水平。     

基于金属氢化物的热能-机械能转换系统的研究进展

金属氢化物是近年来在节能方面应用较为广泛的一种高性能材料.简述了热能-机械能转换系统的工作原理以及其具体的应用方式,如热机、氢压缩机和太阳能水泵等,存在合金储氢量低、易中毒、反应床传热传质性能不佳及整体效率低下等主要问题,并对氢化物热能-机械能转换系统进行了展望.     

吸附式制冷装置中吸附床传热传质的研究

本文根据吸附式制冷装置中吸附床的操作特性,建立了吸附床在受热解吸过程中的传热传质数学模型.在这个模型中,假设吸附床是均质的,吸附床的导热系数可用一个当量寻热系数表示,并考虑吸附床中吸附剂与传热片之间的接触热阻.以本文作者所建立的吸附式制冰机为例,对此数学模型进行了计算,计算值与实验结果吻合得较好.     

基于热不平衡考虑的溶液除湿/再生传热传质系数(Ⅰ)模型与Le-hD测量法

溶液除湿装置是溶液除湿空调系统中一个重要单元,其内部传热传质规律对系统性能起到决定性影响.在溶液绝热除湿模型基础上,提出考虑热不平衡的除湿模型用以计算溶液除湿过程的传热传质系数.模拟计算发现考虑热不平衡模型计算的溶液和空气出口参数与实验值能更好吻合,从而说明该模型能更准确计算除湿过程传热传质系数.当热容率比C*≥1.0...     

回转窑传热模型与数值模拟

对回转窑内传热过程进行了分析 ,在已有研究基础上归纳了各项换热系数的关联式 ,尤其结合热渗透模型完善了回转壁面与料床之间传热机制的研究 ,并提出通用的计算关联式。进而提出了内热式炉型的一维轴向传热模型 ,并根据已发表的试验数据验证了该模型和各换热系数的适用性。计算表明在窑内低温段 ,物料的受热主要来自其覆盖的回转壁面对其加热 ;而在高温段 ,气体的辐射热量成为加热料床的主要热源。此外 ,由物料进口端沿轴向窑壁散热增大 ,在窑内高温段窑壁的散热甚至高于物料吸热量 ,因此在回转反应器的设计中应充分考虑窑壁散热造成的热效率降低并采取相应措施。     

气流床气化炉炉体三维传热模型研究

从通用三维传热模型出发,研究了气流床气化炉炉体的三维传热模型,应用有限差分法进行了求解,以德士古气体炉炉体为具体实例,研究了炉内温度、环境温度、耐火砖的导热系数变化对气化炉炉壁温度造成的影响。结果表明,该方法可以有效地计算出气化炉炉体上任意一点的温度,为气化炉的设计、运行,维护提供理论依据。     

结构化金属填充床传递特性的数值模拟

运用计算流体力学（CFD）与计算传热（CHT）方法,对结构化金属填充床内的流体动力学和传热特性进行了详细的模拟,以预测其流场和温度场.分析了床层结构参数和物性的变化对结构化金属填充床传热性能的影响,发现在Re较小且结构化材料和床层空隙率相同的情况下,气固相之间换热的比表面积越大,传热效果越好.进一步将模拟结果与传统颗粒填充床的压降与传热特性进行对照,从而推断结构化金属填充床具有很好的传递性能.     

Heat and mass transfer coefficients of liquid desiccant dehumidification/regeneration processes with non-thermal equilibrium(Ⅰ) Model and Le-hD evaluation method

溶液除湿装置是溶液除湿空调系统中一个重要单元,其内部传热传质规律对系统性能起到决定性影响。在溶液绝热除湿模型基础上,提出考虑热不平衡的除湿模型用以计算溶液除湿过程的传热传质系数。模拟计算发现考虑热不平衡模型计算的溶液和空气出口参数与实验值能更好吻合,从而说明该模型能更准确计算除湿过程传热传质系数。当热容率比C^*≥1.0时,考虑热不平衡除湿模型计算的传质单元数和Lewis数要远优于绝热模型计算结果;而当C^*≤0.05时,考虑热不平衡除湿模型和绝热模型计算结果相差较小。     

波纹管管外冷凝传热系数计算模型

推导了波纹管表面张力液膜滞流冷凝传热系数计算式,引入重力修正系数校正重力的影响,并通过实验确定了重力修正系数,得到波纹管冷凝传热系数计模型。计算值与实验结果较为一致,误差小于6%。计算模型物理意义较为明确,可以清楚地分析波纹管强化传热的主要因素。研究表明,传热系数的提高是由表面张力和波纹表面结构使波纹表面冷凝负荷降低这两方面决定。     

旋转填充床中伴有可逆反应的气液传质

应用CO2-MDEA气液吸收体系,对旋转填充床中伴有可逆反应的气液传质过程进行了定量的模型研究。在所有反应都可逆的情况下,根据Higbie渗透理论建立了旋转床中CO2-MDEA体系的扩散-反应传质模型。通过模型对传质过程的定量描述以及实验结果对模型的验证,超重力旋转床的强化作用可进一步被揭示为:由于不断更新的液膜使得可溶性气体在液膜内形成较大的浓度梯度,从而极大地增大了传质系数,强化了传质;旋转床的强化作用是在动态的传质过程中完成的,液膜的寿命越短则传质系数越大。在不同转速、温度、MDEA浓度和气液流量条件下进行了实验,本文模型的模拟值和实验结果吻合较好。     

金属氢化物的合成与应用概况

自然界中的氢气取之不尽、用之不竭,并且清洁无毒,已经广泛地应用在化工、金属热处理、半导体元件制造、食品加工等工业中。从发展的角度来看,它将是最有希望的二次能源和原料。利用某些金属或合金与氢反应,可以形成金属氢化物。这些金属或合金(主要是合金)具有吸收氢的能力,它们在适当的温度和压力下可与氢反应生成金属氢化物,吸收了氢并将氢储存起来。反之,在减压、加热的条件下,金属氢化物可以分解     

周期性边界条件下埋地热油管道传热影响因素的分析

建立土壤多孔介质模型,采用有限容积法对地表温度周期性波动条件下埋地热油管道非稳态传热过程进行数值计算。考虑了土壤中水相、气相迁移对管道传热的影响,对比分析了有、无保温层及保温层厚度、保温层导热系数、土壤导热系数、土壤含水率、管径、埋深等因素对埋地管道非稳态传热规律的影响。研究表明：保温层厚度、导热系数、土壤导热系数对埋地热油管道非稳态传热的影响相对较大。管径、埋深对管道传热的影响相对次之,且埋深对管道的影响冬季远要大于夏季,而土壤含水率对管道传热的影响相对较小。     

基于金属氢化物高温蓄热的氢热耦合传递机理

目前大多数可再生能源如太阳能具有间歇性和不稳定性的问题,因此高效蓄热技术成为了发展太阳能的一个关键途径。金属氢化物高温蓄热技术作为热化学蓄热中最有前途的方法之一,受到了人们的广泛关注。为了实现金属氢化物高温蓄热技术的工程应用,明确其氢热耦合传递机理至关重要。本研究采用数值模拟的方法,通过建立反应器的多物理场耦合模型,讨论了不同时刻下床层内部参数的分布,得到了反应锋面的形成和移动机理以及非均匀反应的形成机理;此外,结合反应器内部氢压、接触热阻和床层热阻的变化规律,明确了不同阶段下金属氢化物高温蓄热技术的控制环节;最后,依据金属氢化物高温蓄热技术的工程应用挑战,提出了相应的研究策略。     

流化床的强化传热途径探讨

分析了直接法合成甲基氯硅烷的反应特点及反应器内流化床的传热过程。分别介绍了主要传热途径:管内强化传热和管外强化传热。着重提出了改进流化床横向构件的安装方式的建议,即在垂直管束间附着一些随流化床内气流浮动的桨式或梅花形内件,增加床内气固相接触的机会,以改善流化质量。     

分层填料旋转床气相流场的CFD模拟研究

分层填料旋转床(SP-RPB)是一种新型高效的化工过程强化设备,对气相阻力控制的吸收、精馏等传质过程有明显的强化作用。文中采用计算流体力学方法(CFD)对该结构旋转床内的气相流场进行了模拟研究,分析了流体流速、转子转速及填料转动形式对SP-RPB内部压力场、速度场和湍动能分布的影响规律。计算使用RNG k-ε湍流模型和SIMPLE算法,填料层用多孔介质(Porous Media)模型,模拟结果与实验数据吻合良好。结果表明:SP-RPB内气相压降主要产生在填料区,切向速度远大于径向速度,流场以旋转场为主,湍动程度高于普通的旋转填料床,且湍动能沿径向的分布更为均匀,表明分层填料旋转床在强化气相传质方面比普通旋转填料床更具优势。     

硅粉氮化输送床内气固反应过程数值模拟

以单个硅颗粒氮化反应缩核模型为基础,本文建立了硅颗粒在输送床内反应、辐射与对流传热耦合的数学模型,并借助CFD软件FLUENT对输送床内能质传输过程进行了数值模拟,分析了输送床壁面温度、氮气流量、预热温度、硅粉粒径等因素对输送床内温度场和硅粉氮化率的影响。在数值计算域内将单个颗粒反应过程转化为颗粒群整体反应过程,实时监测颗粒粒径及未反应硅颗粒粒径,为数值模拟颗粒流反应提供一种新思路。当壁面温度高于1723K时,输送床内会出现一高温区加速硅粉氮化反应;反应温度越高、颗粒粒径越小,氮化过程越剧烈,硅粉到达完全氮化所需时间越短。模型表明为使粒径为2.5μm的硅粉达到完全氮化且输送床内最高温度不超过氮化硅的分解温度2173K,应控制输送床壁面温度在1773K,氮化时间在170s以上,预热温度在1273K,粉气质量比为0.2,稀释剂比例为0.5~1。     

连续分区流化床中不等温区间的传热研究

本文对同一流化床中不等温区间无化学反应情况下的传热过程进行了研究。对连续床的不同操作条件、进料位置、进料速度、粒子、流化介质特性以及气相横向混合等，对两区间的横向表观导热系数λe的影响进行了研究，得到了本试验条件下两区间最大λe是银的14倍的结果。同时建立了传热的数学模型，得到λe的半经验公式，试验值和计算值吻合较好。为了确定和比较粒子掺混和气相掺混对床内宏观传热的影响。对气－固相各自的传热过程进行了测定。结果表明，流化粒子引起的传热量占总传热量的（90－95）％以上，气相传热量很少。连续床数模比间歇床数模多了一对流项，故连续床的横向传热量比间歇床略大些。