新型波纹翅片金属氢化物反应器的放氢性能有限元分析

旨在开发一种新型波纹换热翅片金属氢化物反应器,以期满足清洁能源技术领域对高效氢气释放性能的迫切需求。通过可靠的有限元数值模拟,得到了换热翅片结构参数、换热流体流动速度对反应器放氢时间的影响。结果表明：基于有限元数值模型可以准确得到反应器内部温度以及存储容量变化;翅片高度5 mm、翅片长度2.0 mm、翅片数目13为最优的反应器结构,其氢气释放时间比传统圆盘翅片反应器缩短了24%;换热流体流速对放氢速率有明显改善,当Reynolds数从1780增加到11860时,放氢饱和时间从930 s缩短到700 s。此外波纹翅片易于制造的特性,有利于其在工业领域进行大规模的制造和使用。     

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。     

泡沫金属复合PCM微结构传热储热过程模拟

以石蜡作为相变材料（PCM）,采用六面通圆孔三维结构模型,对泡沫金属复合PCM内相变熔化过程进行了数值模拟。研究了不同材料（Cu、Al、Ni、Fe）泡沫金属孔密度和孔隙率对复合PCM传热和储热性能的影响。结果表明,泡沫金属复合PCM传热过程受热传导和自然对流作用综合影响;随孔密度增加,复合PCM完全熔化时间缩短幅度逐渐减小,且泡沫金属热导率越高,孔密度对传热速率影响越大;泡沫金属复合PCM内存在非热平衡现象,孔密度和孔隙率增加均可减小最大平均温差,但对最终平衡时间的影响却截然不同;此外,泡沫金属复合PCM单位质量储热密度随孔隙率增大而增大,相比泡沫Cu、Ni、Fe复合PCM,泡沫Al复合PCM的单位质量储热密度较大,增加速率也较大。     

镁基储氢材料吸氢过程模拟研究

通过深入探讨镁基储氢材料在吸氢过程中的行为,研究了金属氢化物储氢容器在吸氢过程中的关键影响因素。利用COMSOL Multiphysics软件构建了镁基材料储氢容器的几何模型和数学模型,对吸氢过程的不同阶段进行了系统分析,通过数值模拟揭示了温度和压力的变化对金属氢化物吸氢性能的影响规律。研究结果表明,适宜的初始温度与入口压力有助于提升吸氢性能,初始温度为583 K时吸氢性能较好,入口压力在2.5 MPa时吸氢性能较好。此外,研究还通过网格独立性验证和模型验证,确保了模拟结果的准确性。通过对不同参数的分析,不仅深化了对镁基储氢材料吸氢行为的理解,对优化镁基储氢材料在储氢容器中的储氢性能提供了参考,也为储氢系统的设计优化提供了理论支持。     

浅谈金属氢化物储氢及常用的金属储氢材料

综述了具有安全性能高、储氢密度大和便于运输优点的金属氢化物储氢技术及其常用材料,主要包括综述镧系、钛系、镁系和锂系等不同金属储氢材料国内外应用现状;介绍了金属氢化物材料的储氢原理、容量和动力学行为,表明通过加入适当的催化剂以及通过引入具有改善的表面性质的缺陷的球磨,可以提高材料动力学性质和循环寿命。提出通过改善金属氢化物的热行为和循环行为,研发具有竞争性的高容量储氢材料。     

金属氢化物贮氢材料及实验方法

对金属氢化物贮氢材料及其贮氢性能进行了综合评述;探讨了其发展趋势;简要介绍了新材料的制备、性能测试等实验方法。     

金属氢化物应用最新研究进展

综述了金属氢化物(MH)的应用技术,包括MH在氢的储存运输、氢汽车、热泵、热一机械能转换、氢的分离与精制、电池和催化等方面的应用。存在贮氢能力低、对气体杂质高度敏感、初始活化困难等问题。今后应开发可逆氢容量大、价格性能比合适、寿命长的新型MH。     

膜反应器中丙烷脱氢和氢燃烧耦合过程的模拟

丙烷脱氢是一个可逆强吸热反应,这制约了现有丙烷脱氢工艺过程的效率.本工作提出采用膜反应器耦合丙烷脱氢和氢燃烧过程,一方面产物氢气的移除可使丙烷脱氢反应正向移动,另一方面氢气燃烧放出大量的热可用于驱动丙烷脱氢反应.为此建立了二维非等温膜反应器数学模型,对膜反应器中丙烷脱氢和氢燃烧耦合过程进行了模拟,比较了膜反应器与普通固...     

AB5型金属氢化物研究概述

本文简要介绍了金属氢化物的储氢原理,分析了不同金属氢化物的优缺点,并着重介绍了改善AB5型金属氢化物储氢性能的方法。     

相变储热材料三水醋酸钠循环热稳定性实验与数值模拟研究

三水醋酸钠（CH₃COONa·3H₂O）是一种常见的相变材料。选择Na₂HPO₄·12H₂O作为成核剂,羧甲基纤维素钠（CMC）作为增稠剂,利用步冷曲线法和差示扫描量热法研究CH₃COONa·3H₂O相变材料的循环融冻热稳定性;利用FLUENT软件,对CH₃COONa·3H₂O在试管中熔化凝固过程进行数值模拟。结果表明,CH₃COONa·3H₂O相变过程的数值模拟结果与不同实验条件下相变材料熔化凝固过程所需时间能够较好地匹配,说明基于FLUENT软件的相变材料数值模拟方法可以为实际实验提供参考;含有添加剂的CH₃COONa·3H₂O相变材料在循环融冻100次过程中,相变温度稳定在55℃左右,过冷度在1～4℃之间变化,且增稠剂与成核剂有较好的循环融冻热稳定性,利用T-history法估算相变材料的相变潜热值减少15.1%左右。     

储氢功能材料的研究进展

综述了各种不同储氢材料的分类、储氢机理、研究进展,指出未来应用于质子交换膜燃料电池（PEMFC）车用氢燃料电池中的储氢材料,最具发展潜力的是大容量储氢合金、锂-铝及锂-硼金属配位氢化物和有机液体储氢。     

PHOTOCHARGEABLE BEHAVIOR OF HYDROGEN STORAGE ALLOY ELECTRODE MODIFIED WITH TiO_2 NANOPARTICLES

Photochargeable behavior of hydrogen storage alloy electrode modified with TiO_2 nanoparticles(MH/TiO_2) was investigated by measuring its photocharge-discharge characteristics. The results showed the MH/TiO_2 electrode could store light energy photoelectrochemically when it was illuminated. The potential of the MH/TiO_2 electrode could be charged to 0.843 V.The discharge time of the MH/TiO_2 electrode increased with increasing the illuminating time, The mechanism of photochargeable behavior of the MH/TiO_2 electrode was discussed. When a UV photon was absorbed by TiO_2, a photoelectrochemical reaction would occur at the electrode/electrolyte interface. An electron/hole pair was generated and the electron could deoxidize the hydrogen alloy to metal hydride.     

填充多级相变材料的套管式储热器性能研究

提出一种填充三级相变材料的水平套管式储热器,并建立该储热器的综合性能评价指标,基于该指标数值预测和研究了分隔壁面、翅片布置和方向等参数对系统综合性能的影响。结果表明：分隔壁面对PCM的自然对流有明显的抑制作用,且相变温度越高,抑制效果越显著;相对于无翅片结构,在各级PCM中布置翅片的储热器的综合储热效率提高了约2.27倍;不同翅片布置方向下PCM液相率的变化可分为两个不同阶段,且均匀布置的翅片结构（Case2）具有较优的综合性能;各级PCM间熔化速率的不均匀性是制约系统整体储热性能的关键因素;Case5的翅片布置方式使各级PCM间熔化速率的均匀性明显改善,与Case2相比,其综合储热效率提高了28.30%。     

太阳能热水相变炕体蓄放热性能及影响因素

提出一种太阳能热水相变蓄热炕的新型供暖系统,系统无须设置水箱,仅使用炕板与相变材料作为蓄热装置,可有效提高供暖效率。基于Fluent数值模拟平台,建立相变炕的二维非稳态传热模型,研究相变炕的蓄放热性能,并与混凝土炕的热性能进行对比;还分析了相变材料的相变温度和潜热对相变炕蓄放热性能的影响。结果表明,在设定工况下,与混凝土炕相比,上炕面的日间与夜间稳定温度分别提高2℃和4℃,上炕面最大温差由3.7℃降至0.8℃,全天得热量提高了66.36%。因此,相变炕具有上炕面温度较高、温度分布均匀、得热量大以及保温性能好等优点;提高相变温度,炕体得热量会有所减少,但对提升上炕面温度作用显著;增大相变潜热,可以显著提高炕体得热量,但对提升上炕面温度作用不明显。     

分户式低谷电蓄热供暖系统的蓄放热特性

提出基于相变材料（PCM）的分户式低谷电蓄热供暖系统,通过数值模拟及实验研究对其蓄放热特性和供暖性能做出全面评价。采用Fluent对相变蓄热供暖系统的蓄放热过程进行了数值模拟,分析了不同入口风速、不同入口风温和不同种类蓄热材料等因素对蓄热供暖系统放热性能的影响,通过实验研究验证了模拟工况的正确性。结果表明,入口风速对系统放热性能的影响较大,随着入口风速的提高,系统平均出风温度降低,瞬时供暖负荷增大;入口风温对系统放热性能的影响微弱;复合相变材料（CPCM）由于具有更高的热导率,比纯十二水硫酸铝铵更加适合作为相变蓄热供暖系统的蓄热介质。本文设计和研究的分户式低谷电相变蓄热供暖系统具有良好的蓄放热能力,可为相变蓄热在低谷电利用场景作出有益参考。     

石墨烯纳米流体相变材料蓄冷特性的数值模拟

鉴于石墨烯高导热性能的特点,将石墨烯纳米流体作为相变材料有望提高蓄冷效率。本文对水基石墨烯纳米流体相变材料的凝固特性进行了数值研究,采用焓-多孔度法追踪固液相界面,分析了石墨烯纳米片质量分数、蓄冷腔体尺寸和几何形状对凝固时间和相界面演化的影响。结果表明,相变材料凝固所需时间随着石墨烯纳米片质量分数的增大显著降低,对于直径为72mm的圆形蓄冷腔体,质量分数为1.2%的石墨烯纳米流体相变材料与去离子水相比凝固时间降低了30.1%,与已有的实验结果相符;随着圆形蓄冷腔体直径减小,石墨烯纳米流体凝固所需时间显著降低,但石墨烯纳米片对凝固的强化作用减弱;在腔体等截面积的情况下,三角形腔体内凝固过程的相界面移动速率明显大于圆形和方形腔体、更有利于促进凝固过程,3种形状腔体内初期凝固都发生在腔体底部、凝固中期相界面形状与腔体本身形状相似、凝固后期相界面趋近于圆形。     

相变材料对车用动力电池组内温度分布影响数值模拟

温度对电动汽车锂离子电池有很重要的影响,电池温度过高时会降低电池的放电效率,加速电池寿命的衰减;冬季环境温度过低会降低电池的充电效率,缩短电动汽车的续航里程。为了使电池温度维持在合适的范围内,设计了动力电池复合相变材料热管理系统。将复合相变材料包裹在电池的外面,研究了相变材料对电池组温度场的影响。研究表明,相变潜热是最重要的物性参数,直接决定着电池组的最高温度。相变材料的热导率越大电池组的温度分布会越均匀。复合相变材料中石墨含量为25%时与纯石蜡相比可将电池组的最高温度降低2℃。在冬季,电池组有相变材料保温时,电池组的平均温度较无相变材料时高8℃。