مطالعه پارامتري و بهينه سازي فرايند جذب در مخزن هيدريد فلزي جهت ذخيره هيدروژن

كارشناسي ارشد

هيدروژن به‌عنوان يك حامل انرژي با چگاليِ¬جرمي انرژي بالا مي‌تواند يك جايگزين مناسب براي سوخت‌هاي فسيلي باشد. با اين ‌حال ذخيره بهينه و امن هيدروژن با توجه ‌به چگاليِ حجمي انرژي پايين آن يكي از چالش‌هاي استفاده از اين سوخت است. روش‌هاي رايج ذخيره هيدروژن شامل ذخيره در مخازن تحت‌ فشار و ذخيره به ‌صورت مايع مادون سرد معايبي همچون هزينه‌هاي جانبي بالا و ايمني پايين دارند. يكي از روش‌هاي نوين، ذخيره در مخازن هيدريد فلزي¬است كه امنيت و سهولت در شارژ و دشارژ از جمله مهم¬ترين مزاياي اين روش است. در اين پايان¬نامه با بررسي معادلات حاكم بر فرايند جذب هيدروژن در مخزن هيدريد فلزي به شبيه¬سازي عددي اين مخزن پرداخته شده و پس از اعتبار¬سنجي و بررسي استقلال از شبكه¬ مدل، تاثير هشت پارامتر مختلف بر عملكرد اين مخزن بررسي مي¬شود. پارامتر¬هايي مانند ضريب¬ انتقال¬حرارت¬جابه¬جايي سيال¬خنك¬كن، دماي محيط، فشار ورودي، ضريب تخلخل فلز بستر، نفوذ¬پذيري فلز بستر، ضريب انتقال¬حرارت¬رسانايي فلز بستر، انرژي فعال-سازي واكنش و ثابت ¬نرخ واكنش بررسي شدند. نتايج نشان داد در ميان اين 8 پارامتر، افزايش برخي از آنان مانند ضريب انتقال حرارت جا¬به¬جايي سيال خنك¬كن و يا دماي محيط منجر به افزايش چگالي جذب هيدروژن و در عين حال كاهش بيشينه دمايي در طول جذب مي¬شود كه هردو اثر مثبتي مي¬باشند. در¬حالي كه افزايش برخي ديگر از پارامتر¬ها مانند فشار ورودي هيدروژن، نفوذ¬پذيري فلز، انرژي فعال¬سازي واكنش و ثابت نرخ واكنش؛ تنها منجر به افزايش چگالي جذب شده اما بيشينه دمايي را بالا مي¬برد. همچنين مشخص شد ضريب انتقال حرارت رسانايي فلز تأثير چشمگيري بر عملكرد مخزن ندارد. در ادامه باتوجه‌به اهميت شرايط محيطي بر عملكرد مخزن به بهينه‌سازي مخزن براي حصول بهترين شرايط محيطي همچون دماي محيط، فشار ورودي و ضريب انتقال حرارت جابه‌جايي سيال خنك‌كن؛ پرداخته شد. با هدف دستيابي به بيشترين كاهش بيشينه دمايي متغير¬هاي كنترل به صورت ضريب انتقال حرارت سيال خنك‌كن برابر با W/m^2.K 1/14، دماي محيط برابر با 283 كلوين و فشار ورودي 18.96 پاسكال به¬دست آمد. چنان¬چه هدف بيشترين افزايش در چگالي جذب هيدروژن باشد؛ ضريب انتقال حرارت سيال خنك‌كن برابر با W/m^2.K 3/10، دماي محيط برابر با 4/295 كلوين و فشار ورودي 7/19 پاسكال به¬دست مي¬آيد.

231483

دانشگاه اصفهان

دكتر مهدي مشرف دهكردي

مهندسي مكانيك - تبديل انرژي

ابراهيم افشاري