金属氢化物反应器内吸氢过程热质传递特性的多物理场分析

在研究金属氢化物反应器的吸氢过程时，热质传递特性是十分关键的因素，尤其在反应器的优化设计和性能分析中。本研究提出了一个圆柱型反应器的二维多物理场模型，旨在更准确地模拟和预测吸氢过程中的热质传递特性。模型的建立基于商业软件COMSOL Multiphysics V3.5a，考虑到换热流体的温度和流速变化对仿真结果的影响。通过对模型的数值求解，分析了若干关键参数对反应器性能的作用。研究结果揭示，管外换热系数和氢化物床层的有效导热系数对于提高反应器性能至关重要。本研究模型及获得的数据可用于指导金属氢化物反应器的优化设计。 金属氢化物是一种可以和氢气在一定条件下发生可逆反应的功能材料，其过程中伴随着显著的热效应。因此，金属氢化物在氢气储存、热泵、制冷、蓄热以及氢气压缩等多个领域都有潜在的应用价值。要发挥这些应用价值，金属氢化物需要装载在反应器内部，而反应器内的换热装置是整个系统的核心。为了深入理解金属氢化物反应器的性能，研究者们提出了多种反应器模型。比如EIOsery建立的一维模型，只包括了传热方程和反应动力学方程，采用有限差分法进行求解。Jemni等人基于体积平均法建立了二维模型，并经过实验验证。而Aldas等人将二维模型扩展至三维，发现壁面冷却条件对于氢化反应的速率有重要影响。Freni等人进一步提出了包含多根换热管的三维模型，此模型考虑了换热流体温度变化的影响。 在研究金属氢化物反应器的多物理场分析中，本文聚焦于吸氢过程的热质传递特性。热质传递涉及多个物理场，如温度场、流速场、浓度场等，它们之间相互作用并影响着反应器的性能。通过建立精确的多物理场模型，可以更好地理解和预测这些过程。本模型的具体贡献包括： 1. 提出了一种新的二维圆柱型反应器多物理场模型，模拟了吸氢过程中的热质传递特性，考虑了换热流体温度和流速变化对数值仿真结果的影响。 2. 采用COMSOL Multiphysics V3.5a软件包数值求解模型，这是一个商业软件平台，广泛用于复杂工程问题的仿真分析。 3. 讨论了不同参数对反应器性能的影响，特别是管外换热系数和氢化物床层的有效导热系数对性能改善的作用。 4. 确定了反应器性能关键参数，为反应器设计提供了重要的理论指导和技术支持。 本研究的结果对金属氢化物反应器的设计和优化具有重要的实践意义，有助于提高反应器在储氢等领域的应用效率和性能。随着储氢技术的进一步发展和应用需求的不断增长，本研究提供了一种有效的研究方法，可被进一步应用于不同的氢化物系统和反应器设计。此外，研究成果还可能对相关领域的科学研究和技术开发产生积极的推动作用。