Շնորհակալություն Nature.com այցելելու համար:Դուք օգտագործում եք զննարկչի տարբերակ՝ CSS-ի սահմանափակ աջակցությամբ:Լավագույն փորձի համար խորհուրդ ենք տալիս օգտագործել թարմացված դիտարկիչ (կամ անջատել Համատեղելիության ռեժիմը Internet Explorer-ում):Բացի այդ, շարունակական աջակցություն ապահովելու համար մենք կայքը ցուցադրում ենք առանց ոճերի և JavaScript-ի:
Ցուցադրում է միանգամից երեք սլայդներից բաղկացած կարուսել:Օգտագործեք «Նախորդ» և «Հաջորդ» կոճակները՝ միաժամանակ երեք սլայդներով շարժվելու համար, կամ օգտագործեք վերջում գտնվող սլայդերի կոճակները՝ միաժամանակ երեք սլայդների միջով անցնելու համար:
Մետաղների հիդրիդները (ՄՀ) ճանաչվում են որպես ջրածնի պահպանման համար ամենահարմար նյութական խմբերից մեկը՝ շնորհիվ ջրածնի պահեստավորման մեծ հզորության, ցածր աշխատանքային ճնշման և բարձր անվտանգության:Այնուամենայնիվ, ջրածնի կլանման նրանց դանդաղ կինետիկան զգալիորեն նվազեցնում է պահեստավորման աշխատանքը:ՄՀ պահեստից ջերմության ավելի արագ հեռացումը կարող է կարևոր դեր խաղալ դրա ջրածնի կլանման արագության բարձրացման գործում, ինչը հանգեցնում է պահեստավորման բարելավմանը:Այս առումով, այս ուսումնասիրության նպատակն էր բարելավել ջերմափոխանակման բնութագրերը՝ դրականորեն ազդելու ՄՀ պահեստավորման համակարգի ջրածնի կլանման արագության վրա:Նոր կիսագլանաձև կծիկը առաջին անգամ մշակվել և օպտիմիզացվել է ջրածնի պահպանման համար և ներառվել է որպես ներքին օդի որպես ջերմափոխանակիչ (HTF):Տարբեր սկիպիդար չափերի հիման վրա ջերմափոխանակիչի նոր կոնֆիգուրացիայի ազդեցությունը վերլուծվում և համեմատվում է սովորական պտուտակաձև պարույրի երկրաչափության հետ:Բացի այդ, թվայինորեն ուսումնասիրվել են MG-ի և GTP-ի պահեստավորման գործառնական պարամետրերը՝ օպտիմալ արժեքներ ստանալու համար:Թվային մոդելավորման համար օգտագործվում է ANSYS Fluent 2020 R2:Այս ուսումնասիրության արդյունքները ցույց են տալիս, որ MH պահեստավորման տանկի աշխատանքը կարող է զգալիորեն բարելավվել՝ օգտագործելով կիսագլանաձև կծիկ ջերմափոխանակիչ (SCHE):Սովորական պարուրաձև պարույր ջերմափոխանակիչների համեմատ ջրածնի կլանման տևողությունը կրճատվում է 59%-ով:SCHE կծիկների միջև ամենափոքր հեռավորությունը հանգեցրել է կլանման ժամանակի 61%-ով կրճատմանը:Ինչ վերաբերում է SHE-ի օգտագործմամբ MG պահեստավորման գործառնական պարամետրերին, ապա ընտրված բոլոր պարամետրերը հանգեցնում են ջրածնի կլանման գործընթացի զգալի բարելավմանը, հատկապես՝ HTS մուտքի ջերմաստիճանը:
Գոյություն ունի գլոբալ անցում հանածո վառելիքի վրա հիմնված էներգիայից դեպի վերականգնվող էներգիա:Քանի որ վերականգնվող էներգիայի շատ ձևեր էներգիա են ապահովում դինամիկ ձևով, էներգիայի կուտակումն անհրաժեշտ է բեռը հավասարակշռելու համար:Ջրածնի վրա հիմնված էներգիայի պահեստավորումն այս նպատակով մեծ ուշադրություն է գրավել, հատկապես այն պատճառով, որ ջրածինը կարող է օգտագործվել որպես «կանաչ» այլընտրանքային վառելիք և էներգիայի կրիչ՝ շնորհիվ իր հատկությունների և շարժունակության:Բացի այդ, ջրածինը նաև առաջարկում է էներգիայի ավելի բարձր պարունակություն մեկ միավորի զանգվածի վրա՝ համեմատած հանածո վառելիքի հետ:Ջրածնի էներգիայի պահպանման չորս հիմնական տեսակ կա՝ սեղմված գազի պահեստավորում, ստորգետնյա պահեստավորում, հեղուկ պահեստավորում և պինդ պահեստավորում:Սեղմված ջրածինը հիմնական տեսակն է, որն օգտագործվում է վառելիքի բջջային տրանսպորտային միջոցներում, ինչպիսիք են ավտոբուսները և բեռնատարները:Այնուամենայնիվ, այս պահեստը ապահովում է ջրածնի ցածր զանգվածային խտություն (մոտ 0,089 կգ/մ3) և ունի անվտանգության խնդիրներ՝ կապված բարձր աշխատանքային ճնշման հետ3:Շրջակա միջավայրի ցածր ջերմաստիճանի և ճնշման տակ փոխակերպման գործընթացի հիման վրա հեղուկ պահեստը կպահի ջրածինը հեղուկ վիճակում:Այնուամենայնիվ, երբ հեղուկացվում է, էներգիայի մոտ 40% -ը կորչում է:Բացի այդ, հայտնի է, որ այս տեխնոլոգիան ավելի շատ էներգիա և աշխատատար է` համեմատած պինդ վիճակում պահեստավորման տեխնոլոգիաների հետ4:Պինդ պահեստավորումը կենսունակ տարբերակ է ջրածնի տնտեսության համար, որը պահպանում է ջրածինը` ջրածինը պինդ նյութերի մեջ ներառելով կլանման և ջրածնի արտազատման միջոցով կլանման միջոցով:Մետաղական հիդրիդը (MH), պինդ նյութերի պահպանման տեխնոլոգիան, վերջին շրջանում հետաքրքրություն է ներկայացնում վառելիքի բջիջների կիրառման մեջ՝ շնորհիվ իր բարձր ջրածնի հզորության, ցածր գործառնական ճնշման և հեղուկ պահեստավորման ցածր գնի, և հարմար է ստացիոնար և շարժական կիրառությունների համար6,7 Բացի այդ, MH նյութերը նաև ապահովում են անվտանգության հատկություններ, ինչպիսիք են մեծ հզորության արդյունավետ պահեստավորումը8:Այնուամենայնիվ, կա մի խնդիր, որը սահմանափակում է MG-ի արտադրողականությունը. MG ռեակտորի ցածր ջերմային հաղորդունակությունը հանգեցնում է ջրածնի դանդաղ կլանման և կլանման:
Էկզոթերմային և էնդոթերմիկ ռեակցիաների ժամանակ ջերմության պատշաճ փոխանցումը ԱՆ ռեակտորների աշխատանքի բարելավման բանալին է:Ջրածնի բեռնման գործընթացի համար առաջացած ջերմությունը պետք է հեռացվի ռեակտորից, որպեսզի վերահսկվի ջրածնի բեռնման հոսքը ցանկալի արագությամբ՝ առավելագույն պահեստավորման հզորությամբ:Փոխարենը, ջերմություն է պահանջվում լիցքաթափման ժամանակ ջրածնի էվոլյուցիայի արագությունը մեծացնելու համար:Ջերմության և զանգվածի փոխանցման արդյունավետությունը բարելավելու համար շատ հետազոտողներ ուսումնասիրել են դիզայնը և օպտիմալացումը՝ հիմնված բազմաթիվ գործոնների վրա, ինչպիսիք են գործառնական պարամետրերը, MG կառուցվածքը և MG11 օպտիմալացումը:MG-ի օպտիմալացումը կարող է իրականացվել MG 12,13 շերտերին ավելացնելով բարձր ջերմային հաղորդունակությամբ նյութեր, ինչպիսիք են փրփուր մետաղները:Այսպիսով, արդյունավետ ջերմային հաղորդունակությունը կարող է ավելացվել 0,1-ից մինչև 2 W/mK10:Այնուամենայնիվ, պինդ նյութերի ավելացումը զգալիորեն նվազեցնում է MN ռեակտորի հզորությունը:Ինչ վերաբերում է գործառնական պարամետրերին, բարելավումներ կարելի է ձեռք բերել MG շերտի և հովացուցիչ նյութի (HTF) նախնական աշխատանքային պայմանների օպտիմալացման միջոցով:MG-ի կառուցվածքը կարող է օպտիմալացվել ռեակտորի երկրաչափության և ջերմափոխանակիչի նախագծման շնորհիվ:Ինչ վերաբերում է MH ռեակտորի ջերմափոխանակիչի կազմաձևմանը, ապա մեթոդները կարելի է բաժանել երկու տեսակի.Սրանք ներքին ջերմափոխանակիչներ են, որոնք ներկառուցված են MO շերտում և արտաքին ջերմափոխանակիչներ, որոնք ծածկում են MO շերտը, ինչպիսիք են լողակները, սառեցնող բաճկոնները և ջրային լոգարանները:Ինչ վերաբերում է արտաքին ջերմափոխանակիչին, Kaplan16-ը վերլուծել է MH ռեակտորի աշխատանքը՝ օգտագործելով սառեցնող ջուրը որպես բաճկոն՝ ռեակտորի ներսում ջերմաստիճանը նվազեցնելու համար:Արդյունքները համեմատվել են 22 կլոր լողակով ռեակտորի և բնական կոնվեկցիայի միջոցով սառեցված մեկ այլ ռեակտորի հետ:Նրանք նշում են, որ սառեցնող բաճկոնի առկայությունը զգալիորեն նվազեցնում է ՄՀ-ի ջերմաստիճանը՝ դրանով իսկ մեծացնելով կլանման արագությունը։Patil-ի և Gopal17-ի կողմից ջրով ծածկված MH ռեակտորի թվային ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ ջրածնի մատակարարման ճնշումը և HTF ջերմաստիճանը հիմնական պարամետրերն են, որոնք ազդում են ջրածնի կլանման և կլանման արագության վրա:
Ջերմափոխանակման տարածքի մեծացումը՝ ավելացնելով MH-ում ներկառուցված լողակներ և ջերմափոխանակիչներ, ջերմության և զանգվածի փոխանցման արդյունավետությունը բարելավելու և, հետևաբար, MH18-ի պահեստավորման արդյունավետությունը բարելավելու բանալին:Մի քանի ներքին ջերմափոխանակիչի կոնֆիգուրացիաներ (ուղիղ խողովակ և պարուրաձև կծիկ) նախագծվել են հովացուցիչ նյութը MH19,20,21,22,23,24,25,26 ռեակտորում շրջանառելու համար:Օգտագործելով ներքին ջերմափոխանակիչ՝ սառեցնող կամ տաքացնող հեղուկը ջրածնի կլանման գործընթացի ընթացքում տեղային ջերմություն կփոխանցի MH ռեակտորի ներսում:Ռաջուն և Կումարը [27] օգտագործել են մի քանի ուղիղ խողովակներ որպես ջերմափոխանակիչներ՝ MG-ի աշխատանքը բարելավելու համար։Նրանց արդյունքները ցույց են տվել, որ կլանման ժամանակները կրճատվել են, երբ ուղիղ խողովակները օգտագործվում են որպես ջերմափոխանակիչներ:Բացի այդ, ուղիղ խողովակների օգտագործումը կրճատում է ջրածնի կլանման ժամանակը28:Հովացուցիչ նյութի հոսքի ավելի բարձր արագությունը մեծացնում է ջրածնի լիցքավորման և լիցքաթափման արագությունը29:Այնուամենայնիվ, հովացման խողովակների քանակի ավելացումը դրական է ազդում ԱՆ-ի աշխատանքի վրա, այլ ոչ թե հովացուցիչ նյութի հոսքի արագության վրա30,31:Raju et al.32-ը օգտագործել է LaMi4.7Al0.3-ը որպես MH նյութ՝ ռեակտորներում բազմախողովակային ջերմափոխանակիչների աշխատանքը ուսումնասիրելու համար:Նրանք հայտնեցին, որ գործառնական պարամետրերը զգալի ազդեցություն են ունեցել կլանման գործընթացի վրա, հատկապես սնուցման ճնշումը, ապա՝ HTF-ի հոսքի արագությունը:Այնուամենայնիվ, կլանման ջերմաստիճանը պարզվեց, որ ավելի քիչ կրիտիկական է:
MH ռեակտորի աշխատանքը հետագայում բարելավվում է պարուրաձև կծիկ ջերմափոխանակիչի օգտագործմամբ՝ շնորհիվ ուղիղ խողովակների համեմատ դրա բարելավված ջերմության փոխանցման:Դա պայմանավորված է նրանով, որ երկրորդական ցիկլը կարող է ավելի լավ հեռացնել ջերմությունը ռեակտորից25:Բացի այդ, պարուրաձև խողովակները մեծ մակերես են ապահովում MH շերտից մինչև հովացուցիչ նյութ ջերմության փոխանցման համար:Երբ այս մեթոդը ներդրվում է ռեակտորի ներսում, ջերմափոխանակման խողովակների բաշխումը նույնպես ավելի միատեսակ է33:Wang et al.34-ն ուսումնասիրել է ջրածնի կլանման տևողության ազդեցությունը՝ ՄՀ ռեակտորին պարուրաձև կծիկ ավելացնելով:Նրանց արդյունքները ցույց են տալիս, որ քանի որ հովացուցիչ նյութի ջերմային փոխանցման գործակիցը մեծանում է, կլանման ժամանակը նվազում է:Wu et al.25-ը ուսումնասիրել է Mg2Ni-ի վրա հիմնված ԱՆ ռեակտորների և կծիկավոր ջերմափոխանակիչների աշխատանքը:Նրանց թվային ուսումնասիրությունները ցույց են տվել արձագանքման ժամանակի կրճատում:Ջերմության փոխանցման մեխանիզմի կատարելագործումը MN ռեակտորում հիմնված է պտուտակային քայլի և պտուտակային քայլի ավելի փոքր հարաբերակցության և պտուտակի առանց հարթության վրա:Mellouli et al.21-ի փորձարարական ուսումնասիրությունը, օգտագործելով կծիկ կծիկ որպես ներքին ջերմափոխանակիչ, ցույց տվեց, որ HTF-ի մեկնարկի ջերմաստիճանը զգալի ազդեցություն ունի ջրածնի կլանման և կլանման ժամանակի բարելավման վրա:Մի քանի ուսումնասիրություններում իրականացվել են տարբեր ներքին ջերմափոխանակիչների համակցություններ:Էյսապուր և այլք։35 ուսումնասիրել է ջրածնի պահեստավորումը՝ օգտագործելով պարուրաձև կծիկ ջերմափոխանակիչ՝ կենտրոնական վերադարձի խողովակով, որպեսզի բարելավվի ջրածնի կլանման գործընթացը:Նրանց արդյունքները ցույց են տվել, որ պարուրաձև խողովակը և կենտրոնական վերադարձի խողովակը զգալիորեն բարելավում են ջերմության փոխանցումը հովացուցիչ նյութի և ՄԳ-ի միջև:Պարույր խողովակի փոքր քայլը և ավելի մեծ տրամագիծը մեծացնում են ջերմության և զանգվածի փոխանցման արագությունը:Արդահայե և այլք:36-ը օգտագործել են հարթ պարուրաձև խողովակներ՝ որպես ջերմափոխանակիչներ՝ ռեակտորում ջերմության փոխանցումը բարելավելու համար:Նրանք հայտնել են, որ կլանման տեւողությունը կրճատվել է հարթեցված պարուրաձեւ խողովակների ինքնաթիռների քանակի ավելացմամբ:Մի քանի ուսումնասիրություններում իրականացվել են տարբեր ներքին ջերմափոխանակիչների համակցություններ:Դհաու և այլք:37-ը բարելավեց ՄՀ-ի աշխատանքը՝ օգտագործելով կծիկավոր կծիկ ջերմափոխանակիչ և լողակներ:Նրանց արդյունքները ցույց են տալիս, որ այս մեթոդը 2 անգամ նվազեցնում է ջրածնի լցման ժամանակը՝ համեմատած առանց լողակների։Օղակաձև լողակները համակցված են հովացման խողովակներով և ներկառուցված MN ռեակտորում:Այս ուսումնասիրության արդյունքները ցույց են տալիս, որ այս համակցված մեթոդը ապահովում է ավելի միատեսակ ջերմային փոխանցում՝ համեմատած առանց լողակների MH ռեակտորի հետ:Այնուամենայնիվ, տարբեր ջերմափոխանակիչների միավորումը բացասաբար կանդրադառնա ԱՆ ռեակտորի քաշի և ծավալի վրա:Wu et al.18-ը համեմատել են ջերմափոխանակիչների տարբեր կոնֆիգուրացիաներ:Դրանք ներառում են ուղիղ խողովակներ, լողակներ և պարուրաձև պարույրներ:Հեղինակները հայտնում են, որ պարուրաձև պարույրներն ապահովում են ջերմության և զանգվածի փոխանցման լավագույն բարելավումները:Բացի այդ, համեմատած ուղիղ խողովակների, փաթաթված խողովակների և ուղիղ խողովակների հետ, որոնք համակցված են փաթաթված խողովակների հետ, կրկնակի կծիկները ավելի լավ են ազդում ջերմության փոխանցման բարելավման վրա:Sekhar et al.40-ը ցույց տվեց, որ ջրածնի կլանման համանման բարելավում է ձեռք բերվել՝ օգտագործելով պարուրաձև կծիկ՝ որպես ներքին ջերմափոխանակիչ և թևավոր արտաքին հովացման բաճկոն:
Վերը նշված օրինակներից պարույրային պարույրների օգտագործումը որպես ներքին ջերմափոխանակիչներ ապահովում է ջերմության և զանգվածի փոխանցման ավելի լավ բարելավումներ, քան մյուս ջերմափոխանակիչները, հատկապես ուղիղ խողովակները և լողակները:Հետևաբար, այս ուսումնասիրության նպատակն էր հետագայում զարգացնել պարուրաձև կծիկը ջերմության փոխանցման արդյունավետությունը բարելավելու համար:Առաջին անգամ ստեղծվել է նոր կիսագլանաձև կծիկ, որը հիմնված է սովորական MH պահեստավորման պարուրաձև կծիկի վրա:Ակնկալվում է, որ այս ուսումնասիրությունը կբարելավի ջրածնի պահեստավորման աշխատանքը՝ դիտարկելով ջերմափոխանակիչի նոր դիզայնը ջերմափոխանակման գոտու ավելի լավ դասավորությամբ, որը տրամադրվում է MH մահճակալի և HTF խողովակների մշտական ծավալով:Այս նոր ջերմափոխանակիչի պահեստավորման արդյունավետությունն այնուհետև համեմատվեց սովորական պարուրաձև կծիկի ջերմափոխանակիչների հետ, որոնք հիմնված են տարբեր կծիկների բարձրությունների վրա:Համաձայն գոյություն ունեցող գրականության, ԱՆ ռեակտորների աշխատանքի վրա ազդող հիմնական գործոններն են աշխատանքային պայմանները և կծիկների հեռավորությունը:Այս նոր ջերմափոխանակիչի դիզայնը օպտիմալացնելու համար հետազոտվել է կծիկի տարածության ազդեցությունը ջրածնի կլանման ժամանակի և MH ծավալի վրա:Բացի այդ, նոր կիսագլանաձև պարույրների և աշխատանքային պայմանների միջև կապը հասկանալու համար, այս հետազոտության երկրորդական նպատակն էր ուսումնասիրել ռեակտորի բնութագրերը ըստ տարբեր աշխատանքային պարամետրերի միջակայքերի և որոշել համապատասխան արժեքները յուրաքանչյուր գործողության համար: ռեժիմ.պարամետր.
Այս ուսումնասիրության մեջ ջրածնի էներգիայի պահպանման սարքի աշխատանքը հետազոտվել է ջերմափոխանակիչի երկու կոնֆիգուրացիաների հիման վրա (ներառյալ պարուրաձև խողովակները 1-ից 3-րդ դեպքերում և կիսագլանաձև խողովակները 4-ից 6-րդ դեպքերում) և գործառնական պարամետրերի զգայունության վերլուծության հիման վրա:MH ռեակտորի գործունակությունը առաջին անգամ փորձարկվել է պարույր խողովակի միջոցով որպես ջերմափոխանակիչ:Ե՛վ հովացուցիչ նյութի յուղի խողովակը, և՛ MH ռեակտորի անոթը պատրաստված են չժանգոտվող պողպատից:Հարկ է նշել, որ MG ռեակտորի չափերը և GTF խողովակների տրամագիծը բոլոր դեպքերում հաստատուն են եղել, մինչդեռ GTF-ի քայլերի չափերը տարբեր են:Այս բաժինը վերլուծում է HTF կծիկների սկիպիդար չափի ազդեցությունը:Ռեակտորի բարձրությունը և արտաքին տրամագիծը համապատասխանաբար կազմել են 110 մմ և 156 մմ։Ջերմահաղորդիչ նավթատարի տրամագիծը սահմանվում է 6 մմ:Տե՛ս Լրացուցիչ բաժինը պարուրաձև խողովակներով և երկու կիսագլանաձև խողովակներով MH ռեակտորի սխեմայի մանրամասների համար:
Նկ.1a ցույց է տալիս MH պարուրաձև խողովակի ռեակտորը և դրա չափերը:Բոլոր երկրաչափական պարամետրերը ներկայացված են աղյուսակում:1. Խխունջի ընդհանուր ծավալը և ԶԳ-ի ծավալը համապատասխանաբար կազմում են մոտավորապես 100 սմ3 և 2000 սմ3:Այս MH ռեակտորից օդը HTF տեսքով ներքևից պարույր խողովակի միջոցով սնվում էր ծակոտկեն ՄՀ ռեակտոր, իսկ ջրածինը ներմուծվում էր ռեակտորի վերին մակերևույթից:
Մետաղական հիդրիդային ռեակտորների ընտրված երկրաչափությունների բնութագրում:ա) պարույր-խողովակային ջերմափոխանակիչով, բ) կիսագլանաձև խողովակային ջերմափոխանակիչով.
Երկրորդ մասում ուսումնասիրվում է ՄՀ ռեակտորի աշխատանքը կիսագլանաձև խողովակի վրա՝ որպես ջերմափոխանակիչ:Նկ.1b-ում ներկայացված է MN ռեակտորը երկու կիսագլանաձև խողովակներով և դրանց չափսերը:Աղյուսակ 1-ում ներկայացված են կիսագլանաձև խողովակների բոլոր երկրաչափական պարամետրերը, որոնք մնում են անփոփոխ, բացառությամբ նրանց միջև եղած հեռավորության:Հարկ է նշել, որ 4-րդ դեպքի կիսագլանաձև խողովակը նախագծվել է HTF խողովակի և MH խառնուրդի մշտական ծավալով փաթաթված խողովակում (տարբերակ 3):Ինչ վերաբերում է թզ.1b, օդը ներմուծվել է նաև երկու կիսագլանաձև HTF խողովակների հատակից, իսկ ջրածինը ներմուծվել է MH ռեակտորի հակառակ ուղղությամբ:
Ջերմափոխանակիչի նոր դիզայնի շնորհիվ այս բաժնի նպատակն է որոշել համապատասխան սկզբնական արժեքները MH ռեակտորի գործառնական պարամետրերի համար SCHE-ի հետ համատեղ:Բոլոր դեպքերում օդն օգտագործվում էր որպես հովացուցիչ նյութ՝ ռեակտորից ջերմությունը հեռացնելու համար։Ջերմային փոխանցման յուղերից օդը և ջուրը սովորաբար ընտրվում են որպես ջերմափոխանակման յուղեր ԱՆ ռեակտորների համար՝ իրենց ցածր գնով և շրջակա միջավայրի վրա ցածր ազդեցության պատճառով:Մագնեզիումի վրա հիմնված համաձուլվածքների բարձր աշխատանքային ջերմաստիճանի տիրույթի պատճառով այս հետազոտության մեջ օդն ընտրվել է որպես հովացուցիչ նյութ:Բացի այդ, այն ունի նաև հոսքի ավելի լավ բնութագրեր, քան մյուս հեղուկ մետաղները և հալած աղերը41:Աղյուսակ 2-ում թվարկված են օդի հատկությունները 573 K ջերմաստիճանում: Այս բաժնում զգայունության վերլուծության համար կիրառվում են միայն MH-SCHE կատարողական տարբերակների լավագույն կազմաձևերը (4-ից 6-րդ դեպքերում):Այս բաժնի գնահատումները հիմնված են տարբեր աշխատանքային պարամետրերի վրա, ներառյալ ՄՀ ռեակտորի սկզբնական ջերմաստիճանը, ջրածնի բեռնման ճնշումը, HTF մուտքի ջերմաստիճանը և Ռեյնոլդսի թիվը, որը հաշվարկվում է HTF արագությունը փոխելով:Աղյուսակ 3-ը պարունակում է բոլոր գործառնական պարամետրերը, որոնք օգտագործվում են զգայունության վերլուծության համար:
Այս բաժնում նկարագրված են բոլոր անհրաժեշտ հսկողության հավասարումները ջրածնի կլանման, տուրբուլենտության և հովացուցիչ նյութերի ջերմության փոխանցման գործընթացի համար:
Ջրածնի կլանման ռեակցիայի լուծումը պարզեցնելու համար արվում և տրամադրվում են հետևյալ ենթադրությունները.
Կլանման ժամանակ ջրածնի և մետաղի հիդրիդների ջերմաֆիզիկական հատկությունները հաստատուն են։
Ջրածինը համարվում է իդեալական գազ, ուստի հաշվի են առնվում տեղական ջերմային հավասարակշռության պայմանները43,44:
որտեղ \({L}_{գազ}\) տանկի շառավիղն է, և \({L}_{ջերմություն}\) տանկի առանցքային բարձրությունն է:Երբ N-ը 0,0146-ից փոքր է, ջրածնի հոսքը տանկի մեջ կարող է անտեսվել սիմուլյացիայի ժամանակ առանց էական սխալի:Ընթացիկ հետազոտությունների համաձայն, N-ը շատ ցածր է 0,1-ից:Հետեւաբար, ճնշման գրադիենտ ազդեցությունը կարող է անտեսվել:
Ռեակտորի պատերը բոլոր դեպքերում լավ մեկուսացված էին։Հետևաբար, ռեակտորի և շրջակա միջավայրի միջև չկա ջերմափոխանակություն 47:
Հայտնի է, որ Mg-ի վրա հիմնված համաձուլվածքներն ունեն լավ հիդրոգենացման բնութագրեր և ջրածնի պահպանման բարձր հզորություն մինչև 7,6 wt%8:Պինդ վիճակում ջրածնի պահպանման կիրառման առումով այս համաձուլվածքները հայտնի են նաև որպես թեթև նյութեր:Բացի այդ, նրանք ունեն գերազանց ջերմակայունություն և լավ մշակելիություն8:Mg-ի վրա հիմնված մի քանի համաձուլվածքների մեջ Mg2Ni-ի վրա հիմնված MgNi համաձուլվածքը MH պահեստավորման ամենահարմար տարբերակներից մեկն է՝ ջրածնի պահպանման մինչև 6 wt% հզորության շնորհիվ:Mg2Ni համաձուլվածքները նաև ապահովում են ավելի արագ կլանման և կլանման կինետիկա՝ համեմատած MgH48 համաձուլվածքի:Հետևաբար, Mg2Ni-ն ընտրվել է որպես մետաղի հիդրիդ նյութ այս հետազոտության մեջ:
Էներգիայի հավասարումը արտահայտվում է որպես 25՝ հիմնված ջրածնի և Mg2Ni հիդրիդի միջև ջերմային հավասարակշռության վրա.
X-ը մետաղի մակերևույթի վրա կլանված ջրածնի քանակն է, միավորը \(քաշ\%\) է, որը հաշվարկվում է \(\frac{dX}{dt}\) կինետիկ հավասարումից կլանման ընթացքում հետևյալ կերպ49.
որտեղ \({C}_{a}\) ռեակցիայի արագությունն է, իսկ \({E}_{a}\) ակտիվացման էներգիան է:\({P}_{a,eq}\) կլանման գործընթացի ընթացքում մետաղի հիդրիդային ռեակտորի ներսում հավասարակշռված ճնշումն է, որը տրված է հետևյալ կերպ25.
Որտեղ \({P}_{ref}\) 0,1 ՄՊա հենակետային ճնշումն է:\(\Delta H\) և \(\Delta S\) ռեակցիայի էնթալպիան և էնտրոպիան են համապատասխանաբար։Mg2Ni համաձուլվածքների և ջրածնի հատկությունները ներկայացված են աղյուսակում:4. Անվանված ցանկը կարող եք գտնել լրացուցիչ բաժնում:
Հեղուկի հոսքը համարվում է տուրբուլենտ, քանի որ դրա արագությունը և Ռեյնոլդսի թիվը (Re) համապատասխանաբար 78,75 ms-1 և 14000 են:Այս ուսումնասիրության մեջ ընտրվել է k-ε տուրբուլենտության հասանելի մոդել:Նշվում է, որ այս մեթոդը ապահովում է ավելի բարձր ճշգրտություն՝ համեմատած այլ k-ε մեթոդների հետ, ինչպես նաև պահանջում է ավելի քիչ հաշվարկային ժամանակ, քան RNG k-ε50,51 մեթոդները:Տե՛ս Լրացուցիչ բաժինը ջերմության փոխանցման հեղուկների հիմնական հավասարումների վերաբերյալ մանրամասների համար:
Սկզբում MN ռեակտորում ջերմաստիճանի ռեժիմը միատեսակ էր, իսկ ջրածնի միջին կոնցենտրացիան՝ 0,043։Ենթադրվում է, որ ԱՆ ռեակտորի արտաքին սահմանը լավ մեկուսացված է։Մագնեզիումի վրա հիմնված համաձուլվածքները սովորաբար պահանջում են ռեակցիայի բարձր աշխատանքային ջերմաստիճաններ՝ ռեակտորում ջրածինը պահելու և ազատելու համար:Mg2Ni համաձուլվածքը պահանջում է 523–603 K ջերմաստիճանի միջակայք՝ առավելագույն կլանման համար և 573–603 K ջերմաստիճանի միջակայք՝ ամբողջական կլանման համար52:Այնուամենայնիվ, Muthukumar et al.53-ի փորձարարական ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ ջրածնի պահեստավորման համար Mg2Ni-ի առավելագույն պահեստային հզորությունը կարելի է ձեռք բերել 573 K աշխատանքային ջերմաստիճանում, որը համապատասխանում է դրա տեսական հզորությանը:Հետևաբար, այս ուսումնասիրության մեջ որպես MN ռեակտորի սկզբնական ջերմաստիճան ընտրվել է 573 Կ ջերմաստիճան:
Ստեղծեք տարբեր չափերի ցանցեր՝ վավերացման և հուսալի արդյունքների համար:Նկ.2-ը ցույց է տալիս միջին ջերմաստիճանը ընտրված վայրերում ջրածնի կլանման գործընթացում չորս տարբեր տարրերից:Հարկ է նշել, որ յուրաքանչյուր կոնֆիգուրացիայից ընտրված է միայն մեկ դեպք ցանցի անկախությունը փորձարկելու համար՝ նման երկրաչափության պատճառով:Նույն ցանցի մեթոդը կիրառվում է այլ դեպքերում:Հետևաբար, պարուրաձև խողովակի համար ընտրեք 1 տարբերակը, իսկ կիսագլանաձև խողովակի համար՝ 4:Նկ.2a, b-ը ցույց է տալիս ռեակտորում միջին ջերմաստիճանը համապատասխանաբար 1 և 4 տարբերակների համար:Ընտրված երեք վայրերը ներկայացնում են մահճակալի ջերմաստիճանի ուրվագծերը ռեակտորի վերին, միջին և ներքևի մասում:Ընտրված վայրերում ջերմաստիճանի ուրվագծերի հիման վրա միջին ջերմաստիճանը դառնում է կայուն և ցույց է տալիս փոքր փոփոխություն 428,891 և 430,599 տարրերի համար, համապատասխանաբար 1 և 4 դեպքերում:Հետևաբար, այս ցանցի չափերը ընտրվել են հետագա հաշվողական հաշվարկների համար:Ջրածնի կլանման գործընթացի միջին ջերմաստիճանի վերաբերյալ մանրամասն տեղեկատվություն բջիջների տարբեր չափերի և հաջորդաբար զտված ցանցերի վերաբերյալ երկու դեպքում էլ տրված է լրացուցիչ բաժնում:
Միջին անկողնային ջերմաստիճանը ջրածնի կլանման գործընթացի ընտրված կետերում մետաղական հիդրիդային ռեակտորում ցանցի տարբեր թվերով:(ա) 1-ին դեպքի համար ընտրված վայրերում միջին ջերմաստիճանը և (բ) 4-րդ դեպքի համար ընտրված վայրերում միջին ջերմաստիճանը:
Այս հետազոտության մեջ Mg-ի վրա հիմնված մետաղի հիդրիդ ռեակտորը փորձարկվել է Muthukumar et al.53-ի փորձարարական արդյունքների հիման վրա:Իրենց ուսումնասիրության ընթացքում նրանք օգտագործել են Mg2Ni համաձուլվածք՝ չժանգոտվող պողպատից խողովակներում ջրածինը պահելու համար:Պղնձե լողակները օգտագործվում են ռեակտորի ներսում ջերմության փոխանցումը բարելավելու համար:Նկ.3ա ցույց է տալիս ներծծման գործընթացի հունի միջին ջերմաստիճանի համեմատությունը փորձարարական ուսումնասիրության և այս հետազոտության միջև:Այս փորձի համար ընտրված աշխատանքային պայմաններն են՝ MG սկզբնական ջերմաստիճանը 573 Կ և մուտքի ճնշումը 2 ՄՊա:Սկսած թզ.3a կարելի է հստակ ցույց տալ, որ այս փորձարարական արդյունքը լավ համընկնում է ներկա արդյունքի հետ՝ շերտի միջին ջերմաստիճանի առումով:
Մոդելի ստուգում.(ա) Mg2Ni մետաղական հիդրիդ ռեակտորի կոդերի ստուգում` համեմատելով ընթացիկ ուսումնասիրությունը Muthukumar et al.52-ի փորձարարական աշխատանքի հետ, և (b) պարուրաձև խողովակի տուրբուլենտ հոսքի մոդելի ստուգում` համեմատելով ընթացիկ ուսումնասիրությունը Kumar et al.-ի հետ: .Հետազոտություն.54.
Տուրբուլենտության մոդելը փորձարկելու համար այս հետազոտության արդյունքները համեմատվել են Կումարի և այլոց 54-ի փորձարարական արդյունքների հետ՝ հաստատելու ընտրված տուրբուլենտության մոդելի ճիշտությունը:Kumar et al.54-ը ուսումնասիրել է տուրբուլենտ հոսքը խողովակի մեջ պարուրաձև ջերմափոխանակիչում:Ջուրն օգտագործվում է որպես հակառակ կողմերից ներարկվող տաք և սառը հեղուկ։Տաք և սառը հեղուկի ջերմաստիճանները համապատասխանաբար 323 Կ և 300 Կ են:Ռեյնոլդսի թվերը տատանվում են 3100-ից մինչև 5700 տաք հեղուկների և 21000-ից մինչև 35000 սառը հեղուկների համար:Դեկանի համարները տաք հեղուկների համար 550-1000 են, իսկ սառը հեղուկների համար՝ 3600-6000:Ներքին խողովակի (տաք հեղուկի համար) և արտաքին խողովակի (սառը հեղուկի համար) տրամագծերը համապատասխանաբար 0,0254 մ և 0,0508 մ են։Պտուտակաձև կծիկի տրամագիծը և քայլը համապատասխանաբար 0,762 մ և 0,100 մ են։Նկ.3b-ը ցույց է տալիս փորձարարական և ընթացիկ արդյունքների համեմատությունը տարբեր զույգ Nusselt և Dean թվերի համար ներքին խողովակի հովացուցիչ նյութի համար:Իրականացվել են տուրբուլենտության երեք տարբեր մոդելներ և համեմատվել փորձարարական արդյունքների հետ:Ինչպես ցույց է տրված նկ.3b, հասանելի k-ε տուրբուլենտության մոդելի արդյունքները լավ համընկնում են փորձարարական տվյալների հետ:Հետևաբար այս հետազոտության մեջ ընտրվել է այս մոդելը:
Այս հետազոտության մեջ թվային սիմուլյացիաներն իրականացվել են ANSYS Fluent 2020 R2-ի միջոցով:Գրեք օգտագործողի կողմից սահմանված ֆունկցիա (UDF) և օգտագործեք այն որպես էներգիայի հավասարման մուտքային անդամ՝ կլանման գործընթացի կինետիկան հաշվարկելու համար:PRESTO55 սխեման և PISO56 մեթոդը օգտագործվում են ճնշում-արագություն հաղորդակցության և ճնշման շտկման համար:Փոփոխական գրադիենտի համար ընտրել Գրին-Գաուսի բջիջների հիմքը:Իմպուլսի և էներգիայի հավասարումները լուծվում են երկրորդ կարգի հակառակ քամու մեթոդով։Ինչ վերաբերում է թուլացման գործակիցներին, ապա ճնշումը, արագությունը և էներգիայի բաղադրիչները սահմանվում են համապատասխանաբար 0,5, 0,7 և 0,7:Ստանդարտ պատի գործառույթները կիրառվում են HTF-ի նկատմամբ տուրբուլենտության մոդելում:
Այս բաժինը ներկայացնում է MH ռեակտորի բարելավված ներքին ջերմափոխանակման թվային սիմուլյացիաների արդյունքները՝ օգտագործելով կծիկավոր կծիկ ջերմափոխանակիչ (HCHE) և պարույր պարույր ջերմափոխանակիչ (SCHE) ջրածնի կլանման ժամանակ:Վերլուծվել է HTF բարձրության ազդեցությունը ռեակտորի հատակի ջերմաստիճանի և կլանման տևողության վրա:Կլանման գործընթացի հիմնական գործառնական պարամետրերը ուսումնասիրված և ներկայացված են զգայունության վերլուծության բաժնում:
ՄՀ ռեակտորում ջերմափոխանակման վրա կծիկների տարածության ազդեցությունը հետազոտելու համար հետազոտվել են տարբեր բարձրությունների երեք ջերմափոխանակիչների կոնֆիգուրացիաներ:15 մմ, 12,86 մմ և 10 մմ երեք տարբեր սկիպիդարները համապատասխանաբար նշանակված են մարմին 1, մարմին 2 և մարմին 3:Հարկ է նշել, որ խողովակի տրամագիծը բոլոր դեպքերում 573 Կ սկզբնական ջերմաստիճանի և 1,8 ՄՊա բեռնման ճնշման դեպքում ամրագրվել է 6 մմ:Նկ.4-ը ցույց է տալիս անկողնու միջին ջերմաստիճանը և ջրածնի կոնցենտրացիան MH շերտում ջրածնի կլանման գործընթացում 1-ից 3-րդ դեպքերում: Սովորաբար, մետաղի հիդրիդի և ջրածնի միջև ռեակցիան էկզոթերմիկ է կլանման գործընթացի նկատմամբ:Հետևաբար, մահճակալի ջերմաստիճանը արագորեն բարձրանում է սկզբնական պահի պատճառով, երբ ջրածինը առաջին անգամ ներմուծվում է ռեակտոր:Մահճակալի ջերմաստիճանը բարձրանում է մինչև այն հասնում է առավելագույն արժեքի, այնուհետև աստիճանաբար նվազում է, քանի որ ջերմությունը տանում է հովացուցիչ նյութը, որն ավելի ցածր ջերմաստիճան ունի և հանդես է գալիս որպես հովացուցիչ նյութ:Ինչպես ցույց է տրված նկ.4ա, նախորդ բացատրության շնորհիվ շերտի ջերմաստիճանը արագորեն աճում է և անընդհատ նվազում:Ջրածնի կոնցենտրացիան կլանման գործընթացի համար սովորաբար հիմնված է ՄՀ ռեակտորի հունի ջերմաստիճանի վրա:Երբ շերտի միջին ջերմաստիճանը նվազում է մինչև որոշակի ջերմաստիճան, մետաղի մակերեսը կլանում է ջրածինը:Դա պայմանավորված է ֆիզիսորբցիայի, քիմիզորբցիայի, ջրածնի դիֆուզիայի և ռեակտորում դրա հիդրիդների առաջացման գործընթացների արագացմամբ։Սկսած թզ.4b-ում երևում է, որ 3-րդ դեպքում ջրածնի կլանման արագությունը ավելի ցածր է, քան մյուս դեպքերում՝ կծիկի ջերմափոխանակիչի ավելի փոքր աստիճանի արժեքի պատճառով:Սա հանգեցնում է ավելի երկար ընդհանուր խողովակի երկարության և ջերմության փոխանցման ավելի մեծ տարածքի HTF խողովակների համար:90% ջրածնի միջին կոնցենտրացիայով 1-ին դեպքի կլանման ժամանակը 46276 վայրկյան է:1-ին դեպքում կլանման տեւողության համեմատ 2-րդ եւ 3-րդ դեպքերում կլանման տեւողությունը կրճատվել է համապատասխանաբար 724 վրկ-ով եւ 1263 վրկ-ով։Լրացուցիչ բաժինը ներկայացնում է ջերմաստիճանի և ջրածնի կոնցենտրացիայի ուրվագծերը HCHE-MH շերտի ընտրված վայրերի համար:
Կծիկների միջև հեռավորության ազդեցությունը շերտի միջին ջերմաստիճանի և ջրածնի կոնցենտրացիայի վրա:ա) պտուտակաձև պարույրների անկողնու միջին ջերմաստիճանը, (բ) պարուրաձև պարույրների համար ջրածնի կոնցենտրացիան, (գ) կիսագլանաձև պարույրների համար անկողնու միջին ջերմաստիճանը և (դ) կիսագլանաձև պարույրների համար ջրածնի կոնցենտրացիան։
MG ռեակտորի ջերմափոխանակման բնութագրերը բարելավելու համար երկու HFC նախագծվել են MG-ի (2000 սմ3) հաստատուն ծավալի համար և 3 տարբերակի պարուրաձև ջերմափոխանակիչ (100 սմ3): Այս բաժինը նաև հաշվի է առնում միջակայքի միջև եղած հեռավորության ազդեցությունը: 4-րդ պատյանի համար՝ 15 մմ, 5-ի համար՝ 12,86 մմ և 6-րդ դեպքում՝ 10 մմ: Նկ.4c,d ցույց է տալիս ջրածնի կլանման գործընթացի միջին ջերմաստիճանը և կոնցենտրացիան 573 Կ նախնական ջերմաստիճանում և 1,8 ՄՊա բեռնման ճնշման դեպքում:Ըստ Նկար 4c-ի շերտի միջին ջերմաստիճանի, 6-րդ դեպքում պարույրների միջև ավելի փոքր հեռավորությունը զգալիորեն նվազեցնում է ջերմաստիճանը մյուս երկու դեպքերի համեմատ:6-րդ դեպքի համար մահճակալի ավելի ցածր ջերմաստիճանը հանգեցնում է ջրածնի ավելի բարձր կոնցենտրացիայի (տես նկ. 4d):Տարբերակ 4-ի համար ջրածնի կլանման ժամանակը 19542 վ է, ինչը ավելի քան 2 անգամ ցածր է, քան 1-3 տարբերակների համար, որոնք օգտագործում են HCH:Բացի այդ, 4-րդ դեպքի համեմատ ներծծման ժամանակը նույնպես կրճատվել է 378 վրկ-ով և 1515 վրկ-ով ավելի ցածր հեռավորություններ ունեցող 5-րդ և 6-րդ դեպքերում:Լրացուցիչ բաժինը ներկայացնում է ջերմաստիճանի և ջրածնի կոնցենտրացիայի ուրվագծերը SCHE-MH շերտի ընտրված վայրերի համար:
Ջերմափոխանակիչի երկու կոնֆիգուրացիաների աշխատանքը ուսումնասիրելու համար այս բաժինը գծագրում և ներկայացնում է ջերմաստիճանի կորեր երեք ընտրված վայրերում:3-րդ դեպքից HCHE-ով MH ռեակտորը ընտրվել է 4-րդ դեպքում SCHE պարունակող MH ռեակտորի հետ համեմատելու համար, քանի որ այն ունի մշտական MH ծավալ և խողովակի ծավալ:Այս համեմատության աշխատանքային պայմաններն էին նախնական ջերմաստիճանը 573 Կ և բեռնման ճնշումը 1,8 ՄՊա:Նկ.5a և 5b-ը ցույց են տալիս ջերմաստիճանի պրոֆիլների բոլոր երեք ընտրված դիրքերը համապատասխանաբար 3 և 4 դեպքերում:Նկ.5c ցույց է տալիս ջերմաստիճանի պրոֆիլը և շերտի կոնցենտրացիան 20000 վրկ ջրածնի կլանումից հետո:Համաձայն Նկար 5c-ի 1-ին տողի, TTF-ի շուրջ 3 և 4 տարբերակներից ջերմաստիճանը նվազում է հովացուցիչ նյութի կոնվեկտիվ ջերմային փոխանցման պատճառով:Սա հանգեցնում է այս տարածքի շուրջ ջրածնի ավելի բարձր կոնցենտրացիայի:Այնուամենայնիվ, երկու SCHE-ների օգտագործումը հանգեցնում է շերտի ավելի բարձր կոնցենտրացիայի:Ավելի արագ կինետիկ արձագանքներ են հայտնաբերվել HTF տարածաշրջանի շուրջ 4-րդ դեպքում: Բացի այդ, 100% առավելագույն կոնցենտրացիան նույնպես հայտնաբերվել է այս շրջանում:Ռեակտորի մեջտեղում գտնվող 2-րդ գծից 4-րդ դեպքի ջերմաստիճանը զգալիորեն ցածր է դեպքի 3-ի ջերմաստիճանից բոլոր վայրերում, բացառությամբ ռեակտորի կենտրոնի:Սա հանգեցնում է ջրածնի առավելագույն կոնցենտրացիայի 4-րդ դեպքի համար, բացառությամբ ռեակտորի կենտրոնի մոտ գտնվող տարածքի՝ HTF-ից հեռու:Սակայն 3-րդ դեպքի կոնցենտրացիան առանձնապես չի փոխվել։Շերտի ջերմաստիճանի և կոնցենտրացիայի մեծ տարբերություն նկատվել է ԳՏՍ-ի մուտքի մոտ գտնվող թիվ 3 տողում:Շերտի ջերմաստիճանը 4-ի դեպքում զգալիորեն նվազել է, ինչի արդյունքում ջրածնի ամենաբարձր կոնցենտրացիան այս տարածաշրջանում, մինչդեռ 3-ի դեպքում կոնցենտրացիայի գիծը դեռ տատանվում էր:Դա պայմանավորված է SCHE ջերմության փոխանցման արագացմամբ:3-րդ և 4-րդ դեպքի միջև MH շերտի և HTF խողովակի միջին ջերմաստիճանի համեմատության մանրամասները և քննարկումը ներկայացված են լրացուցիչ բաժնում:
Ջերմաստիճանի պրոֆիլը և հատակի կոնցենտրացիան մետաղական հիդրիդային ռեակտորում ընտրված վայրերում:(ա) 3-րդ դեպքի համար ընտրված վայրերը, (բ) 4-րդ դեպքի համար ընտրված վայրերը և (գ) Ջերմաստիճանի պրոֆիլը և շերտի կոնցենտրացիան ընտրված վայրերում 20,000 վրկ հետո 3 և 4 դեպքերում ջրածնի կլանման գործընթացի համար:
Նկ.Նկար 6-ը ցույց է տալիս HCH-ի և SHE-ի կլանման համար մահճակալի միջին ջերմաստիճանի (տես նկ. 6ա) և ջրածնի կոնցենտրացիայի (տես Նկար 6b) համեմատությունը:Այս ցուցանիշից երևում է, որ MG շերտի ջերմաստիճանը զգալիորեն նվազում է ջերմափոխանակման տարածքի մեծացման պատճառով։Ռեակտորից ավելի շատ ջերմություն հեռացնելը հանգեցնում է ջրածնի կլանման ավելի բարձր արագության:Թեև ջերմափոխանակիչի երկու կոնֆիգուրացիաներն ունեն նույն ծավալները՝ համեմատած HCHE-ի՝ որպես տարբերակ 3-ի օգտագործման հետ, SCHE-ի ջրածնի կլանման ժամանակը, որը հիմնված է Տարբերակ 4-ի վրա, զգալիորեն կրճատվել է 59%-ով:Ավելի մանրամասն վերլուծության համար ջրածնի կոնցենտրացիաները ջերմափոխանակիչների երկու կոնֆիգուրացիաների համար ներկայացված են Նկար 7-ում որպես մեկուսացված գծեր: Այս նկարը ցույց է տալիս, որ երկու դեպքում էլ ջրածինը սկսում է ներծծվել ներքևից՝ HTF մուտքի շուրջը:Ավելի բարձր կոնցենտրացիաներ են հայտնաբերվել HTF տարածաշրջանում, մինչդեռ ավելի ցածր կոնցենտրացիաներ նկատվել են MH ռեակտորի կենտրոնում ջերմափոխանակիչից հեռավորության պատճառով:10,000 վրկ հետո, 4-րդ դեպքում ջրածնի կոնցենտրացիան զգալիորեն ավելի մեծ է, քան 3-ում: 20,000 վայրկյան հետո ջրածնի միջին կոնցենտրացիան ռեակտորում աճել է մինչև 90% 4-ի դեպքում՝ համեմատած 50% ջրածնի 3-ի դեպքում: Դա կարող է պայմանավորված լինել. երկու SCHE-ների համակցման ավելի բարձր արդյունավետ սառեցման հզորություն, ինչը հանգեցնում է MH շերտի ներսում ավելի ցածր ջերմաստիճանի:Հետևաբար, MG շերտի ներսում ավելի հավասարակշռված ճնշում է ընկնում, ինչը հանգեցնում է ջրածնի ավելի արագ կլանմանը:
Դեպք 3 և դեպք 4 Հողերի միջին ջերմաստիճանի և ջրածնի կոնցենտրացիայի համեմատություն երկու ջերմափոխանակիչի կոնֆիգուրացիաների միջև:
Ջրածնի կոնցենտրացիայի համեմատությունը 500, 2000, 5000, 10000 և 20000 վրկ հետո 3-րդ և 4-րդ դեպքերում ջրածնի կլանման գործընթացի մեկնարկից հետո:
Աղյուսակ 5-ն ամփոփում է ջրածնի կլանման տևողությունը բոլոր դեպքերի համար:Բացի այդ, աղյուսակը ցույց է տալիս նաև ջրածնի կլանման ժամանակը` արտահայտված որպես տոկոս:Այս տոկոսը հաշվարկվում է 1-ին դեպքի կլանման ժամանակի հիման վրա: Այս աղյուսակից HCHE օգտագործող MH ռեակտորի կլանման ժամանակը կազմում է մոտ 45,000-ից 46,000 վրկ, իսկ կլանման ժամանակը, ներառյալ SCHE-ը, կազմում է մոտ 18,000-ից 19,000 վրկ:Դեպք 1-ի համեմատ 2-րդ և 3-րդ դեպքի կլանման ժամանակը կրճատվել է համապատասխանաբար ընդամենը 1,6%-ով և 2,7%-ով:HCHE-ի փոխարեն SCHE-ի օգտագործման ժամանակ կլանման ժամանակը զգալիորեն կրճատվել է 4-րդ դեպքից մինչև 6 դեպք՝ 58%-ից մինչև 61%:Ակնհայտ է, որ SCHE-ի ավելացումը MH ռեակտորին զգալիորեն բարելավում է ջրածնի կլանման գործընթացը և MH ռեակտորի աշխատանքը:Չնայած MH ռեակտորի ներսում ջերմափոխանակիչի տեղադրումը նվազեցնում է պահեստավորման հզորությունը, այս տեխնոլոգիան ապահովում է ջերմության փոխանցման զգալի բարելավում այլ տեխնոլոգիաների համեմատ:Նաև բարձրության արժեքի նվազումը կբարձրացնի SCHE-ի ծավալը, ինչի հետևանքով կնվազի ՄՀ-ի ծավալը:Ամենաբարձր SCHE ծավալով 6-ի դեպքում MH ծավալային հզորությունը կրճատվել է միայն 5%-ով` համեմատած HCHE ամենացածր ծավալով 1-ի հետ:Բացի այդ, ներծծման ժամանակ 6-րդ դեպքը ցույց տվեց ավելի արագ և ավելի լավ կատարողականություն՝ կլանման ժամանակի 61% կրճատմամբ:Հետևաբար, 6-րդ դեպքն ընտրվել է զգայունության վերլուծության հետագա հետաքննության համար:Հարկ է նշել, որ ջրածնի կլանման երկար ժամանակը կապված է մոտ 2000 սմ3 ՄՀ ծավալ պարունակող պահեստային տանկի հետ:
Ռեակցիայի ընթացքում գործող պարամետրերը կարևոր գործոններ են, որոնք դրական կամ բացասաբար են ազդում ՄՀ ռեակտորի աշխատանքի վրա իրական պայմաններում:Այս ուսումնասիրությունը դիտարկում է զգայունության վերլուծություն՝ MH ռեակտորի համապատասխան սկզբնական գործառնական պարամետրերը որոշելու համար՝ SCHE-ի հետ համատեղ, և այս բաժինը ուսումնասիրում է չորս հիմնական գործառնական պարամետրերը՝ հիմնված 6-րդ դեպքում ռեակտորի օպտիմալ կոնֆիգուրացիայի վրա: Բոլոր աշխատանքային պայմանների արդյունքները ներկայացված են. Նկար 8.
Ջրածնի կոնցենտրացիայի գրաֆիկը տարբեր աշխատանքային պայմաններում, երբ օգտագործվում է կիսագլանաձև կծիկով ջերմափոխանակիչ:ա) բեռնման ճնշումը, (բ) հունի սկզբնական ջերմաստիճանը, (գ) հովացուցիչ նյութի Ռեյնոլդսի թիվը և (դ) հովացուցիչ նյութի մուտքի ջերմաստիճանը:
Հիմնվելով 573 Կ մշտական սկզբնական ջերմաստիճանի և 14000 Ռեյնոլդսի թվով հովացուցիչ նյութի հոսքի արագության վրա՝ ընտրվել են չորս տարբեր բեռնման ճնշումներ՝ 1,2 ՄՊա, 1,8 ՄՊա, 2,4 ՄՊա և 3,0 ՄՊա:Նկ.8a ցույց է տալիս բեռնման ճնշման և SCHE-ի ազդեցությունը ջրածնի կոնցենտրացիայի վրա ժամանակի ընթացքում:Կլանման ժամանակը նվազում է բեռնման ճնշման ավելացման հետ:1,2 ՄՊա ջրածնի կիրառական ճնշման օգտագործումը ամենավատ դեպքն է ջրածնի կլանման գործընթացի համար, և կլանման տեւողությունը գերազանցում է 26000 վրկ-ը՝ ջրածնի 90% կլանման հասնելու համար:Այնուամենայնիվ, ավելի բարձր բեռնման ճնշումը հանգեցրեց կլանման ժամանակի 32-42% նվազմանը 1,8-ից մինչև 3,0 ՄՊա:Դա պայմանավորված է ջրածնի ավելի բարձր սկզբնական ճնշմամբ, ինչը հանգեցնում է ավելի մեծ տարբերության հավասարակշռության ճնշման և կիրառվող ճնշման միջև:Հետևաբար, սա մեծ շարժիչ ուժ է ստեղծում ջրածնի կլանման կինետիկայի համար:Սկզբնական պահին ջրածնի գազը արագորեն կլանվում է հավասարակշռության ճնշման և կիրառվող ճնշման մեծ տարբերության պատճառով57:3.0 ՄՊա բեռնման ճնշման դեպքում առաջին 10 վայրկյանի ընթացքում 18% ջրածին արագ կուտակվեց:Ջրածինը վերջին փուլում պահվել է ռեակտորների 90%-ում 15460 վրկ։Այնուամենայնիվ, 1,2-ից 1,8 ՄՊա բեռնման ճնշման դեպքում կլանման ժամանակը զգալիորեն կրճատվել է 32% -ով:Այլ ավելի բարձր ճնշումները ավելի քիչ ազդեցություն ունեցան կլանման ժամանակի բարելավման վրա:Հետեւաբար, խորհուրդ է տրվում, որ MH-SCHE ռեակտորի բեռնման ճնշումը լինի 1,8 ՄՊա:Լրացուցիչ բաժինը ցույց է տալիս ջրածնի կոնցենտրացիայի ուրվագծերը տարբեր բեռնման ճնշումների համար 15500 վրկ-ում:
MH ռեակտորի համապատասխան սկզբնական ջերմաստիճանի ընտրությունը ջրածնի կլանման գործընթացի վրա ազդող հիմնական գործոններից մեկն է, քանի որ այն ազդում է հիդրիդի ձևավորման ռեակցիայի շարժիչ ուժի վրա:SCHE-ի ազդեցությունը MH ռեակտորի սկզբնական ջերմաստիճանի վրա ուսումնասիրելու համար ընտրվել են չորս տարբեր ջերմաստիճաններ 1,8 ՄՊա մշտական բեռնման ճնշման և 14000 HTF Ռեյնոլդսի թվի դեպքում:Նկ.Նկար 8b-ը ցույց է տալիս տարբեր մեկնարկային ջերմաստիճանների համեմատությունը, ներառյալ 473K, 523K, 573K և 623K:Իրականում, երբ ջերմաստիճանը բարձր է 230°C-ից կամ 503K58-ից, Mg2Ni համաձուլվածքն ունի արդյունավետ բնութագրեր ջրածնի կլանման գործընթացի համար:Սակայն ջրածնի ներարկման սկզբնական պահին ջերմաստիճանը արագորեն բարձրանում է։Հետևաբար, ՄԳ շերտի ջերմաստիճանը կգերազանցի 523 Կ-ը: Հետևաբար, հիդրիդների ձևավորումը հեշտանում է կլանման արագության բարձրացման պատճառով53:Սկսած թզ.Նկար 8b-ից երևում է, որ ջրածինը ավելի արագ է ներծծվում, քանի որ ՄԲ շերտի սկզբնական ջերմաստիճանը նվազում է:Ավելի ցածր հավասարակշռության ճնշումներ տեղի են ունենում, երբ սկզբնական ջերմաստիճանը ցածր է:Որքան մեծ է ճնշման տարբերությունը հավասարակշռության ճնշման և կիրառվող ճնշման միջև, այնքան ավելի արագ է ջրածնի կլանման գործընթացը:473 Կ նախնական ջերմաստիճանում ջրածինը արագորեն կլանվում է մինչև 27% առաջին 18 վայրկյանի ընթացքում:Բացի այդ, կլանման ժամանակը նույնպես կրճատվել է 11%-ից մինչև 24% ավելի ցածր սկզբնական ջերմաստիճանի դեպքում՝ համեմատած 623 Կ նախնական ջերմաստիճանի հետ: Կլանման ժամանակը 473 Կ ամենացածր սկզբնական ջերմաստիճանում 15247 վ է, որը նման է լավագույնին: գործի բեռնման ճնշումը, սակայն, ռեակտորի սկզբնական ջերմաստիճանի ջերմաստիճանի նվազումը հանգեցնում է ջրածնի պահպանման հզորության նվազմանը:MN ռեակտորի սկզբնական ջերմաստիճանը պետք է լինի առնվազն 503 K53:Բացի այդ, 573 K53 նախնական ջերմաստիճանի դեպքում կարելի է հասնել ջրածնի պահպանման առավելագույն հզորություն 3,6 wt%:Ջրածնի պահպանման հզորության և կլանման տևողության առումով 523-ից մինչև 573 Կ ջերմաստիճանը կրճատում է ժամանակը ընդամենը 6%-ով։Հետևաբար, որպես MH-SCHE ռեակտորի սկզբնական ջերմաստիճան առաջարկվում է 573 Կ ջերմաստիճան:Այնուամենայնիվ, սկզբնական ջերմաստիճանի ազդեցությունը կլանման գործընթացի վրա ավելի քիչ էական էր՝ համեմատած բեռնման ճնշման հետ:Լրացուցիչ բաժինը ցույց է տալիս ջրածնի կոնցենտրացիայի ուրվագծերը 15500 վրկ տարբեր սկզբնական ջերմաստիճանների համար:
Հոսքի արագությունը հիդրոգենացման և ջրազրկման հիմնական պարամետրերից մեկն է, քանի որ այն կարող է ազդել տուրբուլենտության և ջերմության հեռացման կամ մուտքագրման վրա հիդրոգենացման և ջրազրկման ժամանակ59:Հոսքի բարձր արագությունները կստեղծեն տուրբուլենտ փուլեր և կհանգեցնեն հեղուկի ավելի արագ հոսքի HTF խողովակով:Այս ռեակցիան կհանգեցնի ավելի արագ ջերմության փոխանցմանը:HTF-ի մուտքի տարբեր արագությունները հաշվարկվում են Ռեյնոլդսի 10,000, 14,000, 18,000 և 22,000 թվերի հիման վրա:ՄԳ շերտի սկզբնական ջերմաստիճանը ամրագրվել է 573 Կ, իսկ բեռնման ճնշումը՝ 1,8 ՄՊա:Արդյունքները նկ.8c ցույց է տալիս, որ ավելի բարձր Ռեյնոլդսի թվի օգտագործումը SCHE-ի հետ համատեղ հանգեցնում է կլանման ավելի բարձր արագության:Քանի որ Ռեյնոլդսի թիվը 10000-ից հասնում է 22000-ի, կլանման ժամանակը նվազում է մոտ 28-50%-ով:Ռեյնոլդսի 22000 թվի կլանման ժամանակը 12505 վայրկյան է, ինչը ավելի քիչ է, քան տարբեր նախնական բեռնման ջերմաստիճաններում և ճնշումներում:Ջրածնի կոնցենտրացիայի ուրվագծերը տարբեր Ռեյնոլդսի թվերի համար GTP-ի համար 12500 վրկ-ում ներկայացված են լրացուցիչ բաժնում:
SCHE-ի ազդեցությունը HTF-ի սկզբնական ջերմաստիճանի վրա վերլուծված և ցուցադրված է Նկար 8d-ում:573 K նախնական MG ջերմաստիճանի և 1,8 ՄՊա ջրածնի բեռնման ճնշման դեպքում այս վերլուծության համար ընտրվել են չորս նախնական ջերմաստիճաններ՝ 373 K, 473 K, 523 K և 573 K: 8d-ը ցույց է տալիս, որ հովացուցիչ նյութի ջերմաստիճանի նվազումը մուտքի մոտ հանգեցնում է կլանման ժամանակի նվազմանը:Համեմատած 573 Կ մուտքային ջերմաստիճանով բազային պատյանի հետ, կլանման ժամանակը կրճատվել է մոտավորապես 20%, 44% և 56%-ով համապատասխանաբար 523 K, 473 K և 373 K մուտքային ջերմաստիճանների համար:6917 վրկ-ում GTF-ի սկզբնական ջերմաստիճանը 373 Կ է, ջրածնի կոնցենտրացիան ռեակտորում՝ 90%։Սա կարելի է բացատրել MG շերտի և HCS-ի միջև ուժեղացված կոնվեկտիվ ջերմափոխադրմամբ:Ցածր HTF ջերմաստիճանները կբարձրացնեն ջերմության արտանետումը և կհանգեցնեն ջրածնի կլանման ավելացմանը:Գործառնական բոլոր պարամետրերից MH-SCHE ռեակտորի աշխատանքի բարելավումը HTF մուտքի ջերմաստիճանի բարձրացման միջոցով ամենահարմար մեթոդն էր, քանի որ կլանման գործընթացի ավարտի ժամանակը 7000 վրկ-ից պակաս էր, մինչդեռ այլ մեթոդների կլանման ամենակարճ ժամանակը ավելին էր: քան 10000 վ.Ջրածնի կոնցենտրացիայի ուրվագծերը ներկայացված են GTP-ի տարբեր սկզբնական ջերմաստիճանների համար 7000 վրկ:
Այս ուսումնասիրությունն առաջին անգամ ներկայացնում է նոր կիսագլանաձև կծիկ ջերմափոխանակիչ, որը ինտեգրված է մետաղի հիդրիդային պահեստավորման միավորին:Առաջարկվող համակարգի ջրածինը կլանելու ունակությունը հետազոտվել է ջերմափոխանակիչի տարբեր կոնֆիգուրացիաներով:Աշխատանքային պարամետրերի ազդեցությունը մետաղի հիդրիդային շերտի և հովացուցիչ նյութի միջև ջերմափոխանակության վրա հետազոտվել է նոր ջերմափոխանակիչի միջոցով մետաղական հիդրիդների պահպանման օպտիմալ պայմանները գտնելու համար:Այս ուսումնասիրության հիմնական արդյունքներն ամփոփված են հետևյալ կերպ.
Կիսագլանաձև կծիկի ջերմափոխանակիչով ջերմության փոխանցման աշխատանքը բարելավվում է, քանի որ այն ունի ջերմության ավելի միասնական բաշխում մագնեզիումի շերտի ռեակտորում, ինչը հանգեցնում է ջրածնի կլանման ավելի լավ արագության:Պայմանով, որ ջերմափոխանակման խողովակի և մետաղի հիդրիդի ծավալը մնում է անփոփոխ, կլանման ռեակցիայի ժամանակը զգալիորեն կրճատվում է 59%-ով` համեմատած սովորական կծիկով ջերմափոխանակիչի հետ:
Հրապարակման ժամանակը՝ Հունվար-15-2023