شبيه سازي توليد هيدروژن در واكنش اصلاح بخار (Steam reforming) متان در يك راكتور ترموشيميايي خورشيدي با استفاده از سراميك متخلخل

كارشناسي ارشد

توليد انرژي هاي سازگار با محيط زيست و ذخيره آن ها يكي از معضلات اصلي امروزه بشر است. در ميان طيف گسترده¬اي از گزينه¬هاي انرژي¬هاي تجديد پذير، انرژي خورشيدي يكي از منابعي است كه پتانسيل كاهش مشكلات تامين انرژي را نشان مي دهد. با توجه به تمام فوايد انرژي خورشيدي اين منبع انرژي ايراداتي هم دارد، از جمله وابستگي شديد به ساعات روز و ماه و فصل و منطقه¬ي جغرافيايي. انتخاب اين انرژي به عنوان انرژي پايدار نياز به ذخيره سازي دارد. تاكنون روش¬هاي فراواني براي جذب انرژي خورشيدي و نگهداري آن استفاده شده است ولي اكثر اين روش ها در زمينه ذخيره سازي بسيار پرهزينه و بعضاً آلوده كننده محيط زيست هستند. در اين تحقيق روش ذخيره انرژي خورشيدي در گاز طبيعي (متان) از طريق فرآيند تغيير فرم بخار متان با تبديل آن به هيدروژن مورد بررسي قرار گرفت. هيدروژن توليد شده از طريق اين روش، ميتواند جايگزين هيدروژن توليد شده براي مصارف روزمره اين سوخت شود و يا به عنوان منبعي براي ذخيره انرژي خورشيدي استفاده شود. يك مدل عددي پايا به روش حجم محدود براي شبيه سازي فرآيند اصلاح بخار در يك رآكتور ترموشيميايي خورشيدي با فوم متخلخل در يك هندسه دوبعدي و متقارن محوري توسعه داده شد. تشعشع حرارتي به كمك تقريب P1 به منظور مدلسازي جذب حجمي حرارت مدلسازي شد و از مدل عدم تعادل حرارتي محلي (LTNE ) براي محاسبه دماي متفاوت فازهاي سيال و ماده متخلخل استفاده گرديد. خواص سيال و ماده متخلخل و معادله تابش از طريق UDF در نرم افزار FLUENT برنامه نويسي شد. عملكرد راكتور برحسب پارامترهاي سرعت گاز خوراك، نسبت واكنش دهنده ها در ورودي راكتور، ضريب تخلخل هسته متخلخل راكتور، قطر متوسط حفره¬ها در هسته متخلخل راكتور و همچنين طول اين هسته، حساسيت سنجي شد. پيكربندي جديدي براي اين راكتور ترموشيميايي ارائه گرديد. در اين پيكربندي جديد، از گرماي گازهاي خروجي براي پيش¬گرمايش گاز خوراك در راستاي افزايش عملكرد راكتور استفاده شد. در مرحله بعد، يك پيكربندي جديد براي بهبود عملكرد رآكتور ارائه شد كه در آن، از گرماي گاز هاي خروجي براي پيش‌گرمايش گاز خوراك در راستاي افزايش عملكرد راكتور استفاده شد. همچنين، استفاده از فوم چند لايه براي بهبود انتقال حرارت و عملكرد رآكتور مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان دهنده اثر معكوس افزايش سرعت سيال بر غلظت هيدروژن توليد شده است تخلخل هسته متخلخل تاثير زيادي از نظر جذب و عمق نفوذ انرژي خورشيدي در اين ماده متخلخل دارد. پيكربندي معرفي شده با تمام بهبود هاي انجام شده بر روي آن 135% عملكرد راكتور را در دبي مورد بررسي نسبت به راكتور با پيكربندي ساده بهبود داد.

194595

دانشگاه علم و صنعت ايران

تبديل انرژي

دكتر مجيد سياوشي