Nature.com ની મુલાકાત લેવા બદલ આભાર.તમે મર્યાદિત CSS સપોર્ટ સાથે બ્રાઉઝર સંસ્કરણનો ઉપયોગ કરી રહ્યાં છો.શ્રેષ્ઠ અનુભવ માટે, અમે ભલામણ કરીએ છીએ કે તમે અપડેટ કરેલ બ્રાઉઝરનો ઉપયોગ કરો (અથવા Internet Explorer માં સુસંગતતા મોડને અક્ષમ કરો).વધુમાં, ચાલુ સમર્થનની ખાતરી કરવા માટે, અમે શૈલીઓ અને JavaScript વિના સાઇટ બતાવીએ છીએ.
એક સાથે ત્રણ સ્લાઇડ્સનું કેરોયુઝલ પ્રદર્શિત કરે છે.એક સમયે ત્રણ સ્લાઇડ્સમાંથી આગળ વધવા માટે પાછલા અને આગલા બટનોનો ઉપયોગ કરો અથવા એક સમયે ત્રણ સ્લાઇડ્સમાંથી આગળ વધવા માટે અંતે સ્લાઇડર બટનનો ઉપયોગ કરો.
મેટલ હાઈડ્રાઈડ્સ (MH) તેમની મોટી હાઈડ્રોજન સ્ટોરેજ ક્ષમતા, નીચા ઓપરેટિંગ દબાણ અને ઉચ્ચ સલામતીને કારણે હાઈડ્રોજન સંગ્રહ માટે સૌથી યોગ્ય સામગ્રી જૂથોમાંના એક તરીકે ઓળખાય છે.જો કે, તેમની સુસ્ત હાઇડ્રોજન અપટેક ગતિશાસ્ત્ર સ્ટોરેજ કામગીરીને મોટા પ્રમાણમાં ઘટાડે છે.MH સ્ટોરેજમાંથી ઝડપી ગરમી દૂર કરવાથી તેનો હાઇડ્રોજન શોષણ દર વધારવામાં મહત્વની ભૂમિકા ભજવી શકે છે, જેના પરિણામે સંગ્રહ પ્રદર્શનમાં સુધારો થાય છે.આ સંદર્ભમાં, આ અભ્યાસનો ઉદ્દેશ MH સ્ટોરેજ સિસ્ટમના હાઇડ્રોજન શોષણ દરને હકારાત્મક રીતે પ્રભાવિત કરવા માટે હીટ ટ્રાન્સફર લાક્ષણિકતાઓમાં સુધારો કરવાનો હતો.નવી અર્ધ-નળાકાર કોઇલ સૌપ્રથમ વિકસિત અને હાઇડ્રોજન સંગ્રહ માટે ઑપ્ટિમાઇઝ કરવામાં આવી હતી અને આંતરિક એર-એઝ-હીટ એક્સ્ચેન્જર (HTF) તરીકે સામેલ કરવામાં આવી હતી.વિવિધ પિચ કદના આધારે, નવા હીટ એક્સ્ચેન્જર રૂપરેખાંકનની અસરનું વિશ્લેષણ કરવામાં આવે છે અને પરંપરાગત હેલિકલ કોઇલ ભૂમિતિ સાથે સરખામણી કરવામાં આવે છે.વધુમાં, શ્રેષ્ઠ મૂલ્યો મેળવવા માટે MG અને GTP ના સંગ્રહના ઓપરેટિંગ પરિમાણોનો સંખ્યાત્મક રીતે અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો હતો.સંખ્યાત્મક સિમ્યુલેશન માટે, ANSYS Fluent 2020 R2 નો ઉપયોગ થાય છે.આ અભ્યાસના પરિણામો દર્શાવે છે કે અર્ધ-નળાકાર કોઇલ હીટ એક્સ્ચેન્જર (SCHE) નો ઉપયોગ કરીને MH સ્ટોરેજ ટાંકીનું પ્રદર્શન નોંધપાત્ર રીતે સુધારી શકાય છે.પરંપરાગત સર્પાકાર કોઇલ હીટ એક્સ્ચેન્જર્સની તુલનામાં, હાઇડ્રોજન શોષણનો સમયગાળો 59% ઓછો થાય છે.SCHE કોઇલ વચ્ચેનું સૌથી નાનું અંતર શોષણના સમયમાં 61% ઘટાડા તરફ દોરી ગયું.SHE નો ઉપયોગ કરીને MG સ્ટોરેજના ઓપરેટિંગ પરિમાણોના સંદર્ભમાં, બધા પસંદ કરેલા પરિમાણો હાઇડ્રોજન શોષણ પ્રક્રિયામાં નોંધપાત્ર સુધારો તરફ દોરી જાય છે, ખાસ કરીને HTS ના ઇનલેટ પરનું તાપમાન.
અશ્મિભૂત ઇંધણ પર આધારિત ઊર્જામાંથી નવીનીકરણીય ઊર્જામાં વૈશ્વિક સંક્રમણ છે.કારણ કે પુનઃપ્રાપ્ય ઊર્જાના ઘણા સ્વરૂપો ગતિશીલ રીતે શક્તિ પ્રદાન કરે છે, ભારને સંતુલિત કરવા માટે ઊર્જા સંગ્રહ જરૂરી છે.હાઇડ્રોજન-આધારિત ઊર્જા સંગ્રહે આ હેતુ માટે ઘણું ધ્યાન આકર્ષિત કર્યું છે, ખાસ કરીને કારણ કે હાઇડ્રોજનનો ઉપયોગ તેના ગુણધર્મો અને પોર્ટેબિલિટીને કારણે "ગ્રીન" વૈકલ્પિક બળતણ અને ઊર્જા વાહક તરીકે થઈ શકે છે.વધુમાં, હાઇડ્રોજન અશ્મિભૂત ઇંધણ2ની તુલનામાં એકમ માસ દીઠ ઊંચી ઉર્જા સામગ્રી પણ પ્રદાન કરે છે.હાઇડ્રોજન એનર્જી સ્ટોરેજના મુખ્ય ચાર પ્રકાર છેઃ કોમ્પ્રેસ્ડ ગેસ સ્ટોરેજ, અંડરગ્રાઉન્ડ સ્ટોરેજ, લિક્વિડ સ્ટોરેજ અને સોલિડ સ્ટોરેજ.સંકુચિત હાઇડ્રોજન એ મુખ્ય પ્રકાર છે જેનો ઉપયોગ ફ્યુઅલ સેલ વાહનો જેમ કે બસો અને ફોર્કલિફ્ટ્સમાં થાય છે.જો કે, આ સંગ્રહ હાઇડ્રોજનની ઓછી બલ્ક ઘનતા (આશરે 0.089 kg/m3) પ્રદાન કરે છે અને ઉચ્ચ ઓપરેટિંગ દબાણ3 સાથે સંકળાયેલ સલામતી સમસ્યાઓ ધરાવે છે.નીચા આસપાસના તાપમાન અને દબાણ પર રૂપાંતર પ્રક્રિયાના આધારે, પ્રવાહી સંગ્રહ હાઇડ્રોજનને પ્રવાહી સ્વરૂપમાં સંગ્રહિત કરશે.જો કે, જ્યારે લિક્વિફાઇડ થાય છે, ત્યારે લગભગ 40% ઊર્જા ખોવાઈ જાય છે.વધુમાં, આ ટેક્નોલોજી સોલિડ સ્ટેટ સ્ટોરેજ ટેક્નોલોજીની સરખામણીમાં વધુ ઊર્જા અને શ્રમ-સઘન તરીકે જાણીતી છે.સોલિડ સ્ટોરેજ એ હાઇડ્રોજન અર્થતંત્ર માટે એક સક્ષમ વિકલ્પ છે, જે શોષણ દ્વારા હાઇડ્રોજનને ઘન પદાર્થોમાં સમાવીને અને ડિસોર્પ્શન દ્વારા હાઇડ્રોજનને મુક્ત કરીને હાઇડ્રોજનનો સંગ્રહ કરે છે.મેટલ હાઇડ્રાઇડ (MH), ઘન સામગ્રી સંગ્રહ તકનીક, તેની ઊંચી હાઇડ્રોજન ક્ષમતા, નીચા ઓપરેટિંગ દબાણ અને પ્રવાહી સંગ્રહની તુલનામાં ઓછી કિંમતને કારણે ઇંધણ સેલ એપ્લિકેશન્સમાં તાજેતરના રસ ધરાવે છે, અને તે સ્થિર અને મોબાઇલ એપ્લિકેશન્સ માટે યોગ્ય છે6,7 માં વધુમાં, MH સામગ્રીઓ સલામતી ગુણધર્મો પણ પ્રદાન કરે છે જેમ કે મોટી ક્ષમતાના કાર્યક્ષમ સંગ્રહ8.જો કે, ત્યાં એક સમસ્યા છે જે MG ની ઉત્પાદકતાને મર્યાદિત કરે છે: MG રિએક્ટરની ઓછી થર્મલ વાહકતા હાઇડ્રોજનના ધીમા શોષણ અને શોષણ તરફ દોરી જાય છે.
એક્ઝોથર્મિક અને એન્ડોથર્મિક પ્રતિક્રિયાઓ દરમિયાન યોગ્ય હીટ ટ્રાન્સફર એ MH રિએક્ટરની કામગીરી સુધારવા માટેની ચાવી છે.હાઇડ્રોજન લોડિંગ પ્રક્રિયા માટે, મહત્તમ સંગ્રહ ક્ષમતા સાથે ઇચ્છિત દરે હાઇડ્રોજન લોડિંગ પ્રવાહને નિયંત્રિત કરવા માટે રિએક્ટરમાંથી ઉત્પન્ન થયેલી ગરમીને દૂર કરવી આવશ્યક છે.તેના બદલે, સ્રાવ દરમિયાન હાઇડ્રોજન ઉત્ક્રાંતિના દરમાં વધારો કરવા માટે ગરમી જરૂરી છે.ગરમી અને સામૂહિક સ્થાનાંતરણ કામગીરીને સુધારવા માટે, ઘણા સંશોધકોએ ઓપરેટિંગ પરિમાણો, MG માળખું અને MG11 ઑપ્ટિમાઇઝેશન જેવા બહુવિધ પરિબળોના આધારે ડિઝાઇન અને ઑપ્ટિમાઇઝેશનનો અભ્યાસ કર્યો છે.MG ઓપ્ટિમાઇઝેશન MG સ્તરો 12,13 માં ફોમ મેટલ્સ જેવી ઉચ્ચ થર્મલ વાહકતા સામગ્રી ઉમેરીને કરી શકાય છે.આમ, અસરકારક થર્મલ વાહકતા 0.1 થી 2 W/mK10 સુધી વધારી શકાય છે.જો કે, ઘન સામગ્રીનો ઉમેરો MN રિએક્ટરની શક્તિને નોંધપાત્ર રીતે ઘટાડે છે.ઓપરેટિંગ પરિમાણોના સંદર્ભમાં, MG સ્તર અને શીતક (HTF) ની પ્રારંભિક ઓપરેટિંગ પરિસ્થિતિઓને ઑપ્ટિમાઇઝ કરીને સુધારણાઓ પ્રાપ્ત કરી શકાય છે.રિએક્ટરની ભૂમિતિ અને હીટ એક્સ્ચેન્જરની ડિઝાઇનને કારણે એમજીનું માળખું ઑપ્ટિમાઇઝ કરી શકાય છે.MH રિએક્ટર હીટ એક્સ્ચેન્જરના રૂપરેખાંકન અંગે, પદ્ધતિઓને બે પ્રકારમાં વિભાજિત કરી શકાય છે.આ આંતરિક હીટ એક્સ્ચેન્જર્સ છે જે MO સ્તરમાં બનેલા છે અને બાહ્ય હીટ એક્સ્ચેન્જર્સ છે જે MO સ્તરને આવરી લે છે જેમ કે ફિન્સ, કૂલિંગ જેકેટ્સ અને વોટર બાથ.બાહ્ય હીટ એક્સ્ચેન્જરના સંદર્ભમાં, Kaplan16 એ MH રિએક્ટરની કામગીરીનું વિશ્લેષણ કર્યું, રિએક્ટરની અંદરના તાપમાનને ઘટાડવા માટે જેકેટ તરીકે ઠંડુ પાણીનો ઉપયોગ કર્યો.પરિણામોની સરખામણી 22 રાઉન્ડ ફિન રિએક્ટર અને અન્ય રિએક્ટર સાથે કરવામાં આવી હતી જે કુદરતી સંવહન દ્વારા ઠંડુ કરવામાં આવ્યું હતું.તેઓ જણાવે છે કે કૂલિંગ જેકેટની હાજરી MH ના તાપમાનને નોંધપાત્ર રીતે ઘટાડે છે, જેનાથી શોષણ દર વધે છે.પાટીલ અને ગોપાલ 17 દ્વારા વોટર-જેકેટેડ MH રિએક્ટરના આંકડાકીય અભ્યાસોએ દર્શાવ્યું છે કે હાઇડ્રોજન સપ્લાય પ્રેશર અને HTF તાપમાન હાઇડ્રોજનના શોષણ અને ડિસોર્પ્શનના દરને અસર કરતા મુખ્ય પરિમાણો છે.
MH માં બનેલ ફિન્સ અને હીટ એક્સ્ચેન્જર્સ ઉમેરીને હીટ ટ્રાન્સફર એરિયા વધારવો એ હીટ અને સામૂહિક ટ્રાન્સફર કામગીરીને સુધારવાની ચાવી છે અને તેથી MH18 ની સ્ટોરેજ કામગીરી.MH19,20,21,22,23,24,25,26 રિએક્ટરમાં શીતકને પરિભ્રમણ કરવા માટે કેટલાક આંતરિક હીટ એક્સ્ચેન્જર રૂપરેખાંકનો (સ્ટ્રેટ ટ્યુબ અને સર્પાકાર કોઇલ) ડિઝાઇન કરવામાં આવ્યા છે.આંતરિક હીટ એક્સ્ચેન્જરનો ઉપયોગ કરીને, ઠંડક અથવા ગરમ પ્રવાહી હાઇડ્રોજન શોષણ પ્રક્રિયા દરમિયાન MH રિએક્ટરની અંદર સ્થાનિક ગરમીને સ્થાનાંતરિત કરશે.રાજુ અને કુમાર [27] એમજીની કામગીરી સુધારવા માટે હીટ એક્સ્ચેન્જર તરીકે ઘણી સીધી ટ્યુબનો ઉપયોગ કરતા હતા.તેમના પરિણામો દર્શાવે છે કે જ્યારે હીટ એક્સ્ચેન્જર તરીકે સીધી ટ્યુબનો ઉપયોગ કરવામાં આવતો હતો ત્યારે શોષણનો સમય ઓછો થયો હતો.વધુમાં, સીધી ટ્યુબનો ઉપયોગ હાઇડ્રોજન ડિસોર્પ્શનનો સમય ઘટાડે છે28.ઉચ્ચ શીતક પ્રવાહ દર હાઇડ્રોજન ચાર્જિંગ અને ડિસ્ચાર્જિંગના દરમાં વધારો કરે છે29.જો કે, કુલિંગ ટ્યુબની સંખ્યા વધારવાથી શીતક પ્રવાહ દર 30,31ને બદલે MH કામગીરી પર હકારાત્મક અસર પડે છે.રાજુ એટ અલ.32 એ રિએક્ટરમાં મલ્ટીટ્યુબ હીટ એક્સ્ચેન્જર્સની કામગીરીનો અભ્યાસ કરવા માટે MH સામગ્રી તરીકે LaMi4.7Al0.3 નો ઉપયોગ કર્યો.તેઓએ અહેવાલ આપ્યો કે ઓપરેટિંગ પરિમાણો શોષણ પ્રક્રિયા પર નોંધપાત્ર અસર કરે છે, ખાસ કરીને ફીડ દબાણ અને પછી HTF ના પ્રવાહ દર.જો કે, શોષણ તાપમાન ઓછું જટિલ હોવાનું બહાર આવ્યું છે.
MH રિએક્ટરનું પ્રદર્શન સર્પાકાર કોઇલ હીટ એક્સ્ચેન્જરના ઉપયોગ દ્વારા વધુ સુધારેલ છે કારણ કે તેની સીધી ટ્યુબની તુલનામાં તેના સુધારેલ હીટ ટ્રાન્સફરને કારણે.આ એટલા માટે છે કારણ કે ગૌણ ચક્ર રિએક્ટર 25 માંથી ગરમીને વધુ સારી રીતે દૂર કરી શકે છે.વધુમાં, સર્પાકાર ટ્યુબ્સ એમએચ સ્તરથી શીતકમાં ગરમીના ટ્રાન્સફર માટે વિશાળ સપાટી વિસ્તાર પ્રદાન કરે છે.જ્યારે આ પદ્ધતિ રિએક્ટરની અંદર દાખલ કરવામાં આવે છે, ત્યારે હીટ એક્સચેન્જ ટ્યુબનું વિતરણ પણ વધુ સમાન હોય છે.વાંગ એટ અલ.34 એ MH રિએક્ટરમાં હેલિકલ કોઇલ ઉમેરીને હાઇડ્રોજન શોષણના સમયગાળાની અસરનો અભ્યાસ કર્યો.તેમના પરિણામો દર્શાવે છે કે જેમ જેમ શીતકનું હીટ ટ્રાન્સફર ગુણાંક વધે છે તેમ શોષણનો સમય ઘટે છે.વુ એટ અલ.25 એ Mg2Ni આધારિત MH રિએક્ટર અને કોઇલ કોઇલ હીટ એક્સ્ચેન્જર્સની કામગીરીની તપાસ કરી.તેમના આંકડાકીય અભ્યાસોએ પ્રતિક્રિયાના સમયમાં ઘટાડો દર્શાવ્યો છે.MN રિએક્ટરમાં હીટ ટ્રાન્સફર મિકેનિઝમનો સુધારો સ્ક્રુ પિચથી સ્ક્રૂ પિચ અને ડાયમેન્શનલેસ સ્ક્રુ પિચના નાના ગુણોત્તર પર આધારિત છે.આંતરિક હીટ એક્સ્ચેન્જર તરીકે કોઇલ કરેલ કોઇલનો ઉપયોગ કરીને મેલોઉલી એટ અલ.21 દ્વારા પ્રાયોગિક અભ્યાસ દર્શાવે છે કે HTF પ્રારંભ તાપમાન હાઇડ્રોજનના શોષણ અને ડિસોર્પ્શન સમયને સુધારવા પર નોંધપાત્ર અસર કરે છે.વિવિધ આંતરિક હીટ એક્સ્ચેન્જર્સના સંયોજનો ઘણા અભ્યાસોમાં હાથ ધરવામાં આવ્યા છે.ઈસાપુર એટ અલ.35 એ હાઇડ્રોજન શોષણ પ્રક્રિયાને સુધારવા માટે કેન્દ્રીય રીટર્ન ટ્યુબ સાથે સર્પાકાર કોઇલ હીટ એક્સ્ચેન્જરનો ઉપયોગ કરીને હાઇડ્રોજન સંગ્રહનો અભ્યાસ કર્યો.તેમના પરિણામો દર્શાવે છે કે સર્પાકાર ટ્યુબ અને સેન્ટ્રલ રીટર્ન ટ્યુબ શીતક અને MG વચ્ચેના હીટ ટ્રાન્સફરમાં નોંધપાત્ર સુધારો કરે છે.સર્પાકાર ટ્યુબની નાની પિચ અને મોટા વ્યાસ ગરમી અને સામૂહિક ટ્રાન્સફરના દરમાં વધારો કરે છે.અર્દાહાઇ એટ અલ.36 રિએક્ટરની અંદર હીટ ટ્રાન્સફરને સુધારવા માટે હીટ એક્સ્ચેન્જર તરીકે ફ્લેટ સર્પાકાર ટ્યુબનો ઉપયોગ કરે છે.તેઓએ અહેવાલ આપ્યો કે સપાટ સર્પાકાર ટ્યુબ પ્લેનની સંખ્યામાં વધારો કરીને શોષણની અવધિમાં ઘટાડો થયો છે.વિવિધ આંતરિક હીટ એક્સ્ચેન્જર્સના સંયોજનો ઘણા અભ્યાસોમાં હાથ ધરવામાં આવ્યા છે.ધાઉ એટ અલ.37 એ કોઇલ કોઇલ હીટ એક્સ્ચેન્જર અને ફિન્સનો ઉપયોગ કરીને MH ની કામગીરીમાં સુધારો કર્યો.તેમના પરિણામો દર્શાવે છે કે આ પદ્ધતિ ફિન્સ વિનાના કેસની તુલનામાં 2 ના પરિબળ દ્વારા હાઇડ્રોજન ભરવાનો સમય ઘટાડે છે.વલયાકાર ફિન્સને કૂલિંગ ટ્યુબ સાથે જોડવામાં આવે છે અને MN રિએક્ટરમાં બાંધવામાં આવે છે.આ અભ્યાસના પરિણામો દર્શાવે છે કે આ સંયુક્ત પદ્ધતિ ફિન્સ વગરના MH રિએક્ટરની સરખામણીમાં વધુ સમાન હીટ ટ્રાન્સફર પ્રદાન કરે છે.જો કે, વિવિધ હીટ એક્સ્ચેન્જર્સને જોડવાથી MH રિએક્ટરના વજન અને વોલ્યુમ પર નકારાત્મક અસર થશે.Wu et al.18 એ વિવિધ હીટ એક્સ્ચેન્જર રૂપરેખાંકનોની સરખામણી કરી.આમાં સીધી ટ્યુબ, ફિન્સ અને સર્પાકાર કોઇલનો સમાવેશ થાય છે.લેખકો અહેવાલ આપે છે કે સર્પાકાર કોઇલ ગરમી અને સામૂહિક સ્થાનાંતરણમાં શ્રેષ્ઠ સુધારાઓ પ્રદાન કરે છે.વધુમાં, સીધી ટ્યુબ, કોઇલ કરેલ નળીઓ અને કોઇલ કરેલ નળીઓ સાથે જોડાયેલી સીધી નળીઓની તુલનામાં, ડબલ કોઇલ ગરમીના સ્થાનાંતરણને સુધારવામાં વધુ સારી અસર કરે છે.શેખર એટ અલ દ્વારા એક અભ્યાસ.40 એ દર્શાવ્યું હતું કે આંતરિક હીટ એક્સ્ચેન્જર તરીકે સર્પાકાર કોઇલનો ઉપયોગ કરીને હાઇડ્રોજનના શોષણમાં સમાન સુધારો પ્રાપ્ત થયો હતો.
ઉપર દર્શાવેલ ઉદાહરણોમાંથી, આંતરિક હીટ એક્સ્ચેન્જર્સ તરીકે સર્પાકાર કોઇલનો ઉપયોગ અન્ય હીટ એક્સ્ચેન્જર્સ, ખાસ કરીને સીધી ટ્યુબ અને ફિન્સ કરતાં વધુ સારી ગરમી અને માસ ટ્રાન્સફર સુધારણા પ્રદાન કરે છે.તેથી, આ અભ્યાસનો હેતુ હીટ ટ્રાન્સફર કામગીરીને સુધારવા માટે સર્પાકાર કોઇલને વધુ વિકસાવવાનો હતો.પ્રથમ વખત, પરંપરાગત MH સ્ટોરેજ હેલિકલ કોઇલના આધારે નવી અર્ધ-નળાકાર કોઇલ વિકસાવવામાં આવી છે.MH બેડ અને HTF ટ્યુબના સતત જથ્થા દ્વારા પૂરા પાડવામાં આવેલ બહેતર હીટ ટ્રાન્સફર ઝોન લેઆઉટ સાથે નવી હીટ એક્સ્ચેન્જર ડિઝાઇનને ધ્યાનમાં લઈને આ અભ્યાસમાં હાઇડ્રોજન સ્ટોરેજ કામગીરીમાં સુધારો થવાની અપેક્ષા છે.આ નવા હીટ એક્સ્ચેન્જરના સ્ટોરેજ પર્ફોર્મન્સની તુલના વિવિધ કોઇલ પિચ પર આધારિત પરંપરાગત સર્પાકાર કોઇલ હીટ એક્સ્ચેન્જર્સ સાથે કરવામાં આવી હતી.હાલના સાહિત્ય મુજબ, ઓપરેટિંગ શરતો અને કોઇલનું અંતર એ MH રિએક્ટરની કામગીરીને અસર કરતા મુખ્ય પરિબળો છે.આ નવા હીટ એક્સ્ચેન્જરની ડિઝાઇનને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવા માટે, હાઇડ્રોજન અપટેક ટાઇમ અને MH વોલ્યુમ પર કોઇલના અંતરની અસરની તપાસ કરવામાં આવી હતી.વધુમાં, નવા હેમી-નળાકાર કોઇલ અને ઓપરેટિંગ પરિસ્થિતિઓ વચ્ચેના સંબંધને સમજવા માટે, આ અભ્યાસનો ગૌણ ધ્યેય વિવિધ ઓપરેટિંગ પેરામીટર રેન્જ અનુસાર રિએક્ટરની લાક્ષણિકતાઓનો અભ્યાસ કરવાનો હતો અને દરેક ઓપરેટિંગ માટે યોગ્ય મૂલ્યો નક્કી કરવાનું હતું. મોડપરિમાણ.
આ અભ્યાસમાં હાઇડ્રોજન ઊર્જા સંગ્રહ ઉપકરણની કામગીરીની તપાસ બે હીટ એક્સ્ચેન્જર રૂપરેખાંકનો (1 થી 3 કેસમાં સર્પાકાર ટ્યુબ અને 4 થી 6 કેસમાં અર્ધ-નળાકાર ટ્યુબ સહિત) અને ઓપરેટિંગ પરિમાણોના સંવેદનશીલતા વિશ્લેષણના આધારે કરવામાં આવે છે.હીટ એક્સ્ચેન્જર તરીકે સર્પાકાર ટ્યુબનો ઉપયોગ કરીને પ્રથમ વખત MH રિએક્ટરની કાર્યક્ષમતાનું પરીક્ષણ કરવામાં આવ્યું હતું.શીતક તેલ પાઇપ અને MH રિએક્ટર જહાજ બંને સ્ટેનલેસ સ્ટીલના બનેલા છે.એ નોંધવું જોઈએ કે MG રિએક્ટરના પરિમાણો અને GTF પાઈપોનો વ્યાસ તમામ કેસોમાં સ્થિર હતા, જ્યારે GTF ના સ્ટેપ સાઈઝ અલગ-અલગ હતા.આ વિભાગ HTF કોઇલના પિચ કદની અસરનું વિશ્લેષણ કરે છે.રિએક્ટરની ઊંચાઈ અને બાહ્ય વ્યાસ અનુક્રમે 110 mm અને 156 mm હતો.હીટ-કન્ડક્ટીંગ ઓઇલ પાઇપનો વ્યાસ 6mm પર સેટ કરેલ છે.સર્પાકાર ટ્યુબ અને બે અર્ધ-નળાકાર નળીઓ સાથે MH રિએક્ટર સર્કિટ ડાયાગ્રામ પર વિગતો માટે પૂરક વિભાગ જુઓ.
અંજીર પર.1a MH સર્પાકાર ટ્યુબ રિએક્ટર અને તેના પરિમાણો બતાવે છે.બધા ભૌમિતિક પરિમાણો કોષ્ટકમાં આપવામાં આવ્યા છે.1. હેલિક્સનું કુલ વોલ્યુમ અને ZG નું વોલ્યુમ અનુક્રમે આશરે 100 cm3 અને 2000 cm3 છે.આ MH રિએક્ટરમાંથી, HTF ના રૂપમાં હવાને છિદ્રાળુ MH રિએક્ટરમાં નીચેથી સર્પાકાર ટ્યુબ દ્વારા ખવડાવવામાં આવી હતી, અને રિએક્ટરની ઉપરની સપાટી પરથી હાઇડ્રોજન દાખલ કરવામાં આવ્યો હતો.
મેટલ હાઇડ્રાઇડ રિએક્ટર માટે પસંદ કરેલી ભૂમિતિનું લક્ષણ.a) સર્પાકાર-ટ્યુબ્યુલર હીટ એક્સ્ચેન્જર સાથે, b) અર્ધ-નળાકાર ટ્યુબ્યુલર હીટ એક્સ્ચેન્જર સાથે.
બીજો ભાગ હીટ એક્સ્ચેન્જર તરીકે અર્ધ-નળાકાર ટ્યુબ પર આધારિત MH રિએક્ટરની કામગીરીની તપાસ કરે છે.અંજીર પર.1b બે અર્ધ-નળાકાર નળીઓ અને તેમના પરિમાણો સાથે MN રિએક્ટર બતાવે છે.કોષ્ટક 1 અર્ધ-નળાકાર પાઈપોના તમામ ભૌમિતિક પરિમાણોને સૂચિબદ્ધ કરે છે, જે તેમની વચ્ચેના અંતરને બાદ કરતાં સ્થિર રહે છે.એ નોંધવું જોઇએ કે કેસ 4 માં અર્ધ-નળાકાર ટ્યુબને કોઇલ કરેલ ટ્યુબમાં HTF ટ્યુબ અને MH એલોયના સતત વોલ્યુમ સાથે ડિઝાઇન કરવામાં આવી હતી (વિકલ્પ 3).અંજીર માટે.1b, બે અર્ધ-નળાકાર HTF ટ્યુબના તળિયેથી હવા પણ દાખલ કરવામાં આવી હતી, અને MH રિએક્ટરની વિરુદ્ધ દિશામાંથી હાઇડ્રોજનની રજૂઆત કરવામાં આવી હતી.
હીટ એક્સ્ચેન્જરની નવી ડિઝાઇનને લીધે, આ વિભાગનો હેતુ SCHE સાથે સંયોજનમાં MH રિએક્ટરના ઓપરેટિંગ પરિમાણો માટે યોગ્ય પ્રારંભિક મૂલ્યો નક્કી કરવાનો છે.તમામ કિસ્સાઓમાં, રિએક્ટરમાંથી ગરમી દૂર કરવા માટે હવાનો ઉપયોગ શીતક તરીકે થતો હતો.હીટ ટ્રાન્સફર ઓઈલમાં, હવા અને પાણીને સામાન્ય રીતે એમએચ રિએક્ટર માટે હીટ ટ્રાન્સફર ઓઈલ તરીકે પસંદ કરવામાં આવે છે કારણ કે તેમની ઓછી કિંમત અને ઓછી પર્યાવરણીય અસર છે.મેગ્નેશિયમ-આધારિત એલોયની ઉચ્ચ ઓપરેટિંગ તાપમાન શ્રેણીને કારણે, આ અભ્યાસમાં હવાને શીતક તરીકે પસંદ કરવામાં આવી હતી.વધુમાં, તે અન્ય પ્રવાહી ધાતુઓ અને પીગળેલા ક્ષાર41 કરતાં વધુ સારી પ્રવાહ લાક્ષણિકતાઓ ધરાવે છે.કોષ્ટક 2 573 K પર હવાના ગુણધર્મોને સૂચિબદ્ધ કરે છે. આ વિભાગમાં સંવેદનશીલતા વિશ્લેષણ માટે, MH-SCHE પ્રદર્શન વિકલ્પોની માત્ર શ્રેષ્ઠ ગોઠવણીઓ (4 થી 6 કેસોમાં) લાગુ કરવામાં આવે છે.આ વિભાગમાં અંદાજ MH રિએક્ટરનું પ્રારંભિક તાપમાન, હાઇડ્રોજન લોડિંગ પ્રેશર, HTF ઇનલેટ તાપમાન અને HTF દર બદલીને ગણતરી કરાયેલ રેનોલ્ડ્સ નંબર સહિત વિવિધ ઓપરેટિંગ પરિમાણો પર આધારિત છે.કોષ્ટક 3 સંવેદનશીલતા વિશ્લેષણ માટે ઉપયોગમાં લેવાતા તમામ ઓપરેટિંગ પરિમાણો ધરાવે છે.
આ વિભાગ હાઇડ્રોજન શોષણ, અશાંતિ અને શીતકના હીટ ટ્રાન્સફરની પ્રક્રિયા માટેના તમામ જરૂરી નિયંત્રણ સમીકરણોનું વર્ણન કરે છે.
હાઇડ્રોજન અપટેક પ્રતિક્રિયાના ઉકેલને સરળ બનાવવા માટે, નીચેની ધારણાઓ કરવામાં આવે છે અને પૂરી પાડવામાં આવે છે;
શોષણ દરમિયાન, હાઇડ્રોજન અને મેટલ હાઇડ્રાઇડ્સના થર્મોફિઝિકલ ગુણધર્મો સતત હોય છે.
હાઇડ્રોજનને એક આદર્શ ગેસ માનવામાં આવે છે, તેથી સ્થાનિક થર્મલ સંતુલન સ્થિતિ43,44 ધ્યાનમાં લેવામાં આવે છે.
જ્યાં \({L}_{gas}\) એ ટાંકીની ત્રિજ્યા છે, અને \({L}_{heat}\) એ ટાંકીની અક્ષીય ઊંચાઈ છે.જ્યારે N 0.0146 કરતા ઓછું હોય, ત્યારે ટાંકીમાં હાઇડ્રોજન પ્રવાહને સિમ્યુલેશનમાં નોંધપાત્ર ભૂલ વિના અવગણી શકાય છે.વર્તમાન સંશોધન મુજબ, N 0.1 કરતા ઘણું ઓછું છે.તેથી, દબાણ ઢાળની અસરને અવગણી શકાય છે.
રિએક્ટરની દિવાલો તમામ કિસ્સાઓમાં સારી રીતે ઇન્સ્યુલેટેડ હતી.તેથી, રિએક્ટર અને પર્યાવરણ વચ્ચે કોઈ હીટ એક્સચેન્જ 47 નથી.
તે જાણીતું છે કે Mg-આધારિત એલોયમાં સારી હાઇડ્રોજનેશન લાક્ષણિકતાઓ અને ઉચ્ચ હાઇડ્રોજન સંગ્રહ ક્ષમતા 7.6 wt%8 સુધી હોય છે.સોલિડ સ્ટેટ હાઇડ્રોજન સ્ટોરેજ એપ્લીકેશનના સંદર્ભમાં, આ એલોયને હળવા વજનના પદાર્થો તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે.વધુમાં, તેમની પાસે ઉત્તમ ગરમી પ્રતિકાર અને સારી પ્રક્રિયાક્ષમતા છે.કેટલાક Mg-આધારિત એલોયમાં, Mg2Ni-આધારિત MgNi એલોય તેની 6 wt% સુધીની હાઇડ્રોજન સંગ્રહ ક્ષમતાને કારણે MH સંગ્રહ માટે સૌથી યોગ્ય વિકલ્પો પૈકી એક છે.Mg2Ni એલોય પણ MgH48 એલોયની તુલનામાં ઝડપી શોષણ અને ડિસોર્પ્શન ગતિશાસ્ત્ર પ્રદાન કરે છે.તેથી, Mg2Ni ને આ અભ્યાસમાં મેટલ હાઇડ્રાઈડ સામગ્રી તરીકે પસંદ કરવામાં આવ્યું હતું.
હાઇડ્રોજન અને Mg2Ni હાઇડ્રાઇડ વચ્ચેના ઉષ્મા સંતુલનના આધારે ઊર્જા સમીકરણ 25 તરીકે દર્શાવવામાં આવે છે:
X એ ધાતુની સપાટી પર શોષાયેલ હાઇડ્રોજનનો જથ્થો છે, એકમ એ \(વજન\%\) છે, જે નીચે પ્રમાણે શોષણ દરમિયાન ગતિ સમીકરણ \(\frac{dX}{dt}\) પરથી ગણવામાં આવે છે49:
જ્યાં \({C}_{a}\) એ પ્રતિક્રિયા દર છે અને \({E}_{a}\) એ સક્રિયકરણ ઊર્જા છે.25:
જ્યાં \({P}_{ref}\) એ 0.1 MPa નો સંદર્ભ દબાણ છે.\(\Delta H\) અને \(\Delta S\) અનુક્રમે પ્રતિક્રિયાની એન્થાલ્પી અને એન્ટ્રોપી છે.એલોય Mg2Ni અને હાઇડ્રોજનના ગુણધર્મો કોષ્ટકમાં રજૂ કરવામાં આવ્યા છે.4. નામની યાદી પૂરક વિભાગમાં મળી શકે છે.
પ્રવાહી પ્રવાહને તોફાની ગણવામાં આવે છે કારણ કે તેનો વેગ અને રેનોલ્ડ્સ નંબર (રી) અનુક્રમે 78.75 ms-1 અને 14000 છે.આ અભ્યાસમાં, એક પ્રાપ્ત કરી શકાય તેવું k-ε ટર્બ્યુલન્સ મોડલ પસંદ કરવામાં આવ્યું હતું.એ નોંધ્યું છે કે આ પદ્ધતિ અન્ય k-ε પદ્ધતિઓની સરખામણીમાં ઉચ્ચ ચોકસાઈ પ્રદાન કરે છે, અને RNG k-ε50,51 પદ્ધતિઓ કરતાં ઓછા ગણતરી સમયની પણ જરૂર પડે છે.હીટ ટ્રાન્સફર પ્રવાહી માટેના મૂળભૂત સમીકરણોની વિગતો માટે પૂરક વિભાગ જુઓ.
શરૂઆતમાં, MN રિએક્ટરમાં તાપમાન શાસન એકસમાન હતું, અને સરેરાશ હાઇડ્રોજન સાંદ્રતા 0.043 હતી.એવું માનવામાં આવે છે કે MH રિએક્ટરની બહારની સીમા સારી રીતે ઇન્સ્યુલેટેડ છે.મેગ્નેશિયમ-આધારિત એલોયને રિએક્ટરમાં હાઇડ્રોજનને સંગ્રહિત કરવા અને છોડવા માટે સામાન્ય રીતે ઉચ્ચ પ્રતિક્રિયા ઓપરેટિંગ તાપમાનની જરૂર પડે છે.Mg2Ni એલોયને મહત્તમ શોષણ માટે 523–603 K ની તાપમાન શ્રેણી અને સંપૂર્ણ ડિસોર્પ્શન52 માટે 573–603 K ની તાપમાન શ્રેણીની જરૂર છે.જો કે, મુથુકુમાર એટ અલ.53 દ્વારા પ્રાયોગિક અભ્યાસો દર્શાવે છે કે હાઇડ્રોજન સંગ્રહ માટે Mg2Ni ની મહત્તમ સંગ્રહ ક્ષમતા 573 K ના ઓપરેટિંગ તાપમાને પ્રાપ્ત કરી શકાય છે, જે તેની સૈદ્ધાંતિક ક્ષમતાને અનુરૂપ છે.તેથી, આ અભ્યાસમાં MN રિએક્ટરના પ્રારંભિક તાપમાન તરીકે 573 K નું તાપમાન પસંદ કરવામાં આવ્યું હતું.
માન્યતા અને વિશ્વસનીય પરિણામો માટે વિવિધ ગ્રીડ માપો બનાવો.અંજીર પર.2 એ ચાર અલગ-અલગ તત્વોમાંથી હાઇડ્રોજન શોષણ પ્રક્રિયામાં પસંદ કરેલા સ્થાનો પર સરેરાશ તાપમાન દર્શાવે છે.તે નોંધવું યોગ્ય છે કે સમાન ભૂમિતિને કારણે ગ્રીડની સ્વતંત્રતા માટે પરીક્ષણ કરવા માટે દરેક રૂપરેખાંકનમાંથી માત્ર એક કેસ પસંદ કરવામાં આવ્યો છે.અન્ય કિસ્સાઓમાં સમાન મેશિંગ પદ્ધતિ લાગુ કરવામાં આવે છે.તેથી, સર્પાકાર પાઇપ માટે વિકલ્પ 1 અને અર્ધ-નળાકાર પાઇપ માટે વિકલ્પ 4 પસંદ કરો.અંજીર પર.2a, b અનુક્રમે વિકલ્પો 1 અને 4 માટે રિએક્ટરમાં સરેરાશ તાપમાન દર્શાવે છે.ત્રણ પસંદ કરેલા સ્થાનો રિએક્ટરની ટોચ, મધ્ય અને નીચે બેડના તાપમાનના રૂપરેખા દર્શાવે છે.પસંદ કરેલ સ્થાનો પર તાપમાનના રૂપરેખાના આધારે, સરેરાશ તાપમાન સ્થિર બને છે અને અનુક્રમે 1 અને 4 કેસ માટે તત્વ નંબર 428,891 અને 430,599 માં થોડો ફેરફાર દર્શાવે છે.તેથી, આ ગ્રીડ માપો વધુ કોમ્પ્યુટેશનલ ગણતરીઓ માટે પસંદ કરવામાં આવ્યા હતા.વિવિધ કોષના કદ માટે હાઇડ્રોજન શોષણ પ્રક્રિયા માટે સરેરાશ પથારીના તાપમાનની વિગતવાર માહિતી અને બંને કેસ માટે ક્રમિક રીતે શુદ્ધ જાળી પૂરક વિભાગમાં આપવામાં આવી છે.
વિવિધ ગ્રીડ નંબરો સાથે મેટલ હાઇડ્રાઇડ રિએક્ટરમાં હાઇડ્રોજન શોષણ પ્રક્રિયામાં પસંદ કરેલા બિંદુઓ પર સરેરાશ બેડ તાપમાન.(a) કેસ 1 માટે પસંદ કરેલ સ્થાનો પર સરેરાશ તાપમાન અને (b) કેસ 4 માટે પસંદ કરેલ સ્થાનો પર સરેરાશ તાપમાન.
આ અભ્યાસમાં Mg-આધારિત મેટલ હાઇડ્રાઈડ રિએક્ટરનું પરીક્ષણ મુથુકુમાર એટ અલ.53 ના પ્રાયોગિક પરિણામોના આધારે કરવામાં આવ્યું હતું.તેમના અભ્યાસમાં, તેઓએ સ્ટેનલેસ સ્ટીલ ટ્યુબમાં હાઇડ્રોજન સંગ્રહવા માટે Mg2Ni એલોયનો ઉપયોગ કર્યો.કોપર ફિન્સનો ઉપયોગ રિએક્ટરની અંદર હીટ ટ્રાન્સફરને સુધારવા માટે થાય છે.અંજીર પર.3a પ્રાયોગિક અભ્યાસ અને આ અભ્યાસ વચ્ચે શોષણ પ્રક્રિયા બેડના સરેરાશ તાપમાનની સરખામણી દર્શાવે છે.આ પ્રયોગ માટે પસંદ કરેલ ઓપરેટિંગ શરતો છે: MG પ્રારંભિક તાપમાન 573 K અને ઇનલેટ પ્રેશર 2 MPa.અંજીરમાંથી.3a તે સ્પષ્ટપણે બતાવી શકાય છે કે આ પ્રાયોગિક પરિણામ સરેરાશ સ્તરના તાપમાનના સંદર્ભમાં વર્તમાન સાથે સારા કરારમાં છે.
મોડલ ચકાસણી.(a) મુથુકુમાર એટ અલ.52 ના પ્રાયોગિક કાર્ય સાથે વર્તમાન અભ્યાસની સરખામણી કરીને Mg2Ni મેટલ હાઇડ્રાઈડ રિએક્ટરની કોડ ચકાસણી અને (b) સર્પાકાર ટ્યુબ ટર્બ્યુલન્ટ ફ્લો મોડલની ચકાસણી કુમાર એટ અલના વર્તમાન અભ્યાસ સાથે સરખામણી કરીને .સંશોધન.54.
ટર્બ્યુલન્સ મોડલને ચકાસવા માટે, આ અભ્યાસના પરિણામોની સરખામણી કુમાર એટ અલ.54 ના પ્રાયોગિક પરિણામો સાથે કરવામાં આવી હતી જેથી પસંદ કરેલ ટર્બ્યુલન્સ મોડલની ચોકસાઈની ખાતરી કરી શકાય.કુમાર એટ અલ.54 એ ટ્યુબ-ઇન-પાઈપ સર્પાકાર હીટ એક્સ્ચેન્જરમાં અશાંત પ્રવાહનો અભ્યાસ કર્યો.પાણીનો ઉપયોગ ગરમ અને ઠંડા પ્રવાહી તરીકે થાય છે જે વિરુદ્ધ બાજુઓથી ઇન્જેક્ટ કરવામાં આવે છે.ગરમ અને ઠંડા પ્રવાહીનું તાપમાન અનુક્રમે 323 K અને 300 K છે.રેનોલ્ડ્સની સંખ્યા ગરમ પ્રવાહી માટે 3100 થી 5700 અને ઠંડા પ્રવાહી માટે 21,000 થી 35,000 સુધીની છે.ડીન નંબર ગરમ પ્રવાહી માટે 550-1000 અને ઠંડા પ્રવાહી માટે 3600-6000 છે.આંતરિક પાઇપનો વ્યાસ (ગરમ પ્રવાહી માટે) અને બાહ્ય પાઇપ (ઠંડા પ્રવાહી માટે) અનુક્રમે 0.0254 મીટર અને 0.0508 મીટર છે.હેલિકલ કોઇલનો વ્યાસ અને પિચ અનુક્રમે 0.762 મીટર અને 0.100 મીટર છે.અંજીર પર.3b આંતરિક ટ્યુબમાં શીતક માટે નુસેલ્ટ અને ડીન નંબરોની વિવિધ જોડી માટે પ્રાયોગિક અને વર્તમાન પરિણામોની સરખામણી દર્શાવે છે.ત્રણ અલગ-અલગ ટર્બ્યુલન્સ મોડલ લાગુ કરવામાં આવ્યા હતા અને પ્રાયોગિક પરિણામો સાથે સરખામણી કરવામાં આવી હતી.ફિગ માં બતાવ્યા પ્રમાણે.3b, પ્રાપ્ય k-ε ટર્બ્યુલન્સ મોડેલના પરિણામો પ્રાયોગિક ડેટા સાથે સારા કરારમાં છે.તેથી, આ મોડેલ આ અભ્યાસમાં પસંદ કરવામાં આવ્યું હતું.
આ અભ્યાસમાં સંખ્યાત્મક અનુકરણો ANSYS ફ્લુએન્ટ 2020 R2 નો ઉપયોગ કરીને કરવામાં આવ્યા હતા.વપરાશકર્તા-નિર્ધારિત કાર્ય (UDF) લખો અને શોષણ પ્રક્રિયાના ગતિશાસ્ત્રની ગણતરી કરવા માટે ઊર્જા સમીકરણના ઇનપુટ શબ્દ તરીકે તેનો ઉપયોગ કરો.દબાણ-વેગ સંચાર અને દબાણ સુધારણા માટે PRESTO55 સર્કિટ અને PISO56 પદ્ધતિનો ઉપયોગ થાય છે.વેરીએબલ ગ્રેડિયન્ટ માટે ગ્રીન-ગૌસ સેલ બેઝ પસંદ કરો.વેગ અને ઉર્જા સમીકરણો બીજા ક્રમની અપવાઇન્ડ પદ્ધતિ દ્વારા ઉકેલવામાં આવે છે.અન્ડર-રિલેક્સેશન ગુણાંકના સંદર્ભમાં, દબાણ, વેગ અને ઊર્જા ઘટકો અનુક્રમે 0.5, 0.7 અને 0.7 પર સેટ છે.ટર્બ્યુલન્સ મોડેલમાં એચટીએફ પર પ્રમાણભૂત દિવાલ કાર્યો લાગુ કરવામાં આવે છે.
આ વિભાગ હાઇડ્રોજન શોષણ દરમિયાન કોઇલ કોઇલ હીટ એક્સ્ચેન્જર (HCHE) અને હેલિકલ કોઇલ હીટ એક્સ્ચેન્જર (SCHE) નો ઉપયોગ કરીને MH રિએક્ટરના સુધારેલા આંતરિક હીટ ટ્રાન્સફરના આંકડાકીય સિમ્યુલેશનના પરિણામો રજૂ કરે છે.રિએક્ટર બેડના તાપમાન અને શોષણની અવધિ પર HTF પિચની અસરનું વિશ્લેષણ કરવામાં આવ્યું હતું.શોષણ પ્રક્રિયાના મુખ્ય ઓપરેટિંગ પરિમાણોનો અભ્યાસ કરવામાં આવે છે અને સંવેદનશીલતા વિશ્લેષણ વિભાગમાં રજૂ કરવામાં આવે છે.
MH રિએક્ટરમાં હીટ ટ્રાન્સફર પર કોઇલના અંતરની અસરની તપાસ કરવા માટે, વિવિધ પિચ સાથે ત્રણ હીટ એક્સ્ચેન્જરની ગોઠવણીની તપાસ કરવામાં આવી હતી.15mm, 12.86mm અને 10mmની ત્રણ અલગ-અલગ પિચો અનુક્રમે બોડી 1, બોડી 2 અને બોડી 3 નિયુક્ત કરવામાં આવી છે.એ નોંધવું જોઈએ કે પાઈપનો વ્યાસ 573 K ના પ્રારંભિક તાપમાને 6 મીમી અને તમામ કિસ્સાઓમાં 1.8 MPa ના લોડિંગ દબાણ પર નિશ્ચિત કરવામાં આવ્યો હતો.અંજીર પર.4 એ 1 થી 3 કેસમાં હાઇડ્રોજન શોષણ પ્રક્રિયા દરમિયાન MH સ્તરમાં સરેરાશ પથારીનું તાપમાન અને હાઇડ્રોજન સાંદ્રતા દર્શાવે છે. સામાન્ય રીતે, મેટલ હાઇડ્રાઇડ અને હાઇડ્રોજન વચ્ચેની પ્રતિક્રિયા શોષણ પ્રક્રિયામાં એક્સોથર્મિક હોય છે.તેથી, જ્યારે હાઇડ્રોજનને રિએક્ટરમાં પ્રથમ વખત દાખલ કરવામાં આવે છે ત્યારે પ્રારંભિક ક્ષણને કારણે બેડનું તાપમાન ઝડપથી વધે છે.પથારીનું તાપમાન મહત્તમ મૂલ્ય સુધી પહોંચે ત્યાં સુધી વધે છે અને પછી ધીમે ધીમે ઘટે છે કારણ કે શીતક દ્વારા ગરમી દૂર કરવામાં આવે છે, જેનું તાપમાન ઓછું હોય છે અને તે શીતક તરીકે કાર્ય કરે છે.ફિગ માં બતાવ્યા પ્રમાણે.4a, અગાઉના સમજૂતીને લીધે, સ્તરનું તાપમાન ઝડપથી વધે છે અને સતત ઘટે છે.શોષણ પ્રક્રિયા માટે હાઇડ્રોજન સાંદ્રતા સામાન્ય રીતે MH રિએક્ટરના બેડ તાપમાન પર આધારિત હોય છે.જ્યારે સરેરાશ સ્તરનું તાપમાન ચોક્કસ તાપમાને ઘટી જાય છે, ત્યારે ધાતુની સપાટી હાઇડ્રોજનને શોષી લે છે.આ ફિઝિસોર્પ્શન, કેમિસોર્પ્શન, હાઇડ્રોજનના પ્રસરણ અને રિએક્ટરમાં તેના હાઇડ્રાઇડ્સની રચનાની પ્રક્રિયાઓના પ્રવેગને કારણે છે.અંજીરમાંથી.4b એ જોઈ શકાય છે કે કોઇલ હીટ એક્સ્ચેન્જરના નાના સ્ટેપ વેલ્યુને કારણે કેસ 3 માં હાઇડ્રોજન શોષણનો દર અન્ય કિસ્સાઓમાં કરતાં ઓછો છે.આના પરિણામે એચટીએફ પાઈપો માટે લાંબી એકંદર પાઇપ લંબાઈ અને મોટા હીટ ટ્રાન્સફર એરિયા થાય છે.90% ની સરેરાશ હાઇડ્રોજન સાંદ્રતા સાથે, કેસ 1 માટે શોષણનો સમય 46,276 સેકન્ડ છે.કેસ 1 માં શોષણના સમયગાળાની તુલનામાં, કેસ 2 અને 3 માં શોષણનો સમયગાળો અનુક્રમે 724 સે અને 1263 સેકન્ડનો ઘટાડો થયો હતો.પૂરક વિભાગ HCHE-MH સ્તરમાં પસંદ કરેલા સ્થાનો માટે તાપમાન અને હાઇડ્રોજન સાંદ્રતા રૂપરેખા રજૂ કરે છે.
સરેરાશ સ્તર તાપમાન અને હાઇડ્રોજન સાંદ્રતા પર કોઇલ વચ્ચેના અંતરનો પ્રભાવ.(a) હેલીકલ કોઇલ માટે બેડનું સરેરાશ તાપમાન, (b) હેલીકલ કોઇલ માટે હાઇડ્રોજન સાંદ્રતા, (c) હેમી-નળાકાર કોઇલ માટે બેડનું સરેરાશ તાપમાન અને (d) હેમી-નળાકાર કોઇલ માટે હાઇડ્રોજન સાંદ્રતા.
એમજી રિએક્ટરની હીટ ટ્રાન્સફર લાક્ષણિકતાઓને સુધારવા માટે, બે એચએફસીને વિકલ્પ 3ના એમજી (2000 સે.મી.3) અને સર્પાકાર હીટ એક્સ્ચેન્જર (100 સે.મી.3)ના સતત વોલ્યુમ માટે ડિઝાઇન કરવામાં આવ્યા હતા. આ વિભાગ રિએક્ટર વચ્ચેના અંતરની અસરને પણ ધ્યાનમાં લે છે. કેસ 4 માટે 15 મીમીની કોઇલ, કેસ 5 માટે 12.86 મીમી અને કેસ 6 માટે 10 મીમી. ફિગમાં.4c,d એ 573 K ના પ્રારંભિક તાપમાન અને 1.8 MPa ના લોડિંગ પ્રેશર પર હાઇડ્રોજન શોષણ પ્રક્રિયાનું સરેરાશ બેડ તાપમાન અને સાંદ્રતા દર્શાવે છે.ફિગ. 4c માં સરેરાશ સ્તરના તાપમાન અનુસાર, કેસ 6 માં કોઇલ વચ્ચેનું નાનું અંતર અન્ય બે કેસોની સરખામણીમાં તાપમાનમાં નોંધપાત્ર ઘટાડો કરે છે.કેસ 6 માટે, નીચા પથારીનું તાપમાન હાઈડ્રોજનની સાંદ્રતામાં પરિણમે છે (જુઓ. ફિગ. 4d).વેરિએન્ટ 4 માટેનો હાઇડ્રોજન શોષવાનો સમય 19542 સેકન્ડ છે, જે HCH નો ઉપયોગ કરીને વેરિયન્ટ 1-3 કરતાં 2 ગણો ઓછો છે.વધુમાં, કેસ 4 ની સરખામણીમાં, નીચા અંતરવાળા કેસ 5 અને 6માં શોષણનો સમય પણ 378 સેકન્ડ અને 1515 સેકન્ડનો ઘટાડો થયો હતો.પૂરક વિભાગ SCHE-MH સ્તરમાં પસંદ કરેલા સ્થાનો માટે તાપમાન અને હાઇડ્રોજન સાંદ્રતાના રૂપરેખા રજૂ કરે છે.
બે હીટ એક્સ્ચેન્જર રૂપરેખાંકનોની કામગીરીનો અભ્યાસ કરવા માટે, આ વિભાગ ત્રણ પસંદ કરેલા સ્થાનો પર તાપમાનના વળાંકને પ્લોટ કરે છે અને રજૂ કરે છે.કેસ 3 માંથી HCHE સાથે MH રિએક્ટરને કેસ 4 માં SCHE ધરાવતા MH રિએક્ટર સાથે સરખામણી કરવા માટે પસંદ કરવામાં આવ્યું હતું કારણ કે તેમાં સતત MH વોલ્યુમ અને પાઇપ વોલ્યુમ છે.આ સરખામણી માટે ઓપરેટિંગ શરતો 573 K નું પ્રારંભિક તાપમાન અને 1.8 MPa નું લોડિંગ દબાણ હતું.અંજીર પર.5a અને 5b અનુક્રમે 3 અને 4 કેસમાં તાપમાન રૂપરેખાઓની ત્રણેય પસંદ કરેલી સ્થિતિ દર્શાવે છે.અંજીર પર.5c 20,000 s હાઇડ્રોજનના શોષણ પછી તાપમાન પ્રોફાઇલ અને સ્તરની સાંદ્રતા દર્શાવે છે.ફિગ. 5c માં લીટી 1 અનુસાર, 3 અને 4 વિકલ્પોમાંથી TTF ની આસપાસનું તાપમાન શીતકના સંવર્ધક હીટ ટ્રાન્સફરને કારણે ઘટે છે.આના પરિણામે આ વિસ્તારની આસપાસ હાઇડ્રોજનની ઊંચી સાંદ્રતા થાય છે.જો કે, બે SCHE નો ઉપયોગ ઉચ્ચ સ્તરની સાંદ્રતામાં પરિણમે છે.કેસ 4 માં HTF પ્રદેશની આસપાસ ઝડપી ગતિશીલ પ્રતિભાવો જોવા મળ્યા હતા. વધુમાં, આ પ્રદેશમાં 100% ની મહત્તમ સાંદ્રતા પણ જોવા મળી હતી.રિએક્ટરની મધ્યમાં સ્થિત લાઇન 2 થી, કેસ 4 નું તાપમાન રિએક્ટરના કેન્દ્ર સિવાયના તમામ સ્થળોએ કેસ 3 ના તાપમાન કરતા નોંધપાત્ર રીતે ઓછું છે.આ HTF થી દૂર રિએક્ટરના કેન્દ્રની નજીકના પ્રદેશને બાદ કરતાં કેસ 4 માટે મહત્તમ હાઇડ્રોજન સાંદ્રતામાં પરિણમે છે.જો કે, કેસ 3 ની સાંદ્રતામાં બહુ ફેરફાર થયો નથી.સ્તરના તાપમાન અને સાંદ્રતામાં મોટો તફાવત જીટીએસના પ્રવેશદ્વારની નજીકની લાઇન 3 માં જોવા મળ્યો હતો.કેસ 4 માં સ્તરનું તાપમાન નોંધપાત્ર રીતે ઘટ્યું, પરિણામે આ પ્રદેશમાં હાઇડ્રોજનની સાંદ્રતા સૌથી વધુ હતી, જ્યારે કેસ 3 માં સાંદ્રતા રેખા હજુ પણ વધઘટ થતી હતી.આ SCHE હીટ ટ્રાન્સફરના પ્રવેગને કારણે છે.કેસ 3 અને કેસ 4 વચ્ચે MH સ્તર અને HTF પાઇપના સરેરાશ તાપમાનની સરખામણીની વિગતો અને ચર્ચા પૂરક વિભાગમાં આપવામાં આવી છે.
મેટલ હાઇડ્રાઇડ રિએક્ટરમાં પસંદ કરેલા સ્થાનો પર તાપમાન પ્રોફાઇલ અને બેડની સાંદ્રતા.(a) કેસ 3 માટે પસંદ કરેલા સ્થાનો, (b) કેસ 4 માટે પસંદ કરેલા સ્થાનો અને (c) 3 અને 4 કેસમાં હાઇડ્રોજન શોષણ પ્રક્રિયા માટે 20,000 સે પછી પસંદ કરેલા સ્થાનો પર તાપમાન પ્રોફાઇલ અને સ્તરની સાંદ્રતા.
અંજીર પર.આકૃતિ 6 HCH અને SHE ના શોષણ માટે સરેરાશ બેડ તાપમાન (ફિગ. 6a જુઓ) અને હાઇડ્રોજન સાંદ્રતા (ફિગ. 6b જુઓ) ની સરખામણી દર્શાવે છે.આ આંકડો પરથી જોઈ શકાય છે કે હીટ એક્સચેન્જ એરિયામાં વધારાને કારણે એમજી લેયરનું તાપમાન નોંધપાત્ર રીતે ઘટે છે.રિએક્ટરમાંથી વધુ ગરમી દૂર કરવાથી હાઇડ્રોજનના શોષણ દરમાં વધારો થાય છે.જો કે બે હીટ એક્સ્ચેન્જર રૂપરેખાંકનોમાં HCHE નો વિકલ્પ 3 તરીકે ઉપયોગ કરવાની તુલનામાં સમાન વોલ્યુમ છે, વિકલ્પ 4 પર આધારિત SCHE નો હાઇડ્રોજન અપટેક સમય નોંધપાત્ર રીતે 59% ઘટાડી દેવામાં આવ્યો હતો.વધુ વિગતવાર વિશ્લેષણ માટે, બે હીટ એક્સ્ચેન્જર રૂપરેખાંકનો માટે હાઇડ્રોજન સાંદ્રતા આકૃતિ 7 માં આઇસોલિન તરીકે દર્શાવવામાં આવી છે. આ આંકડો દર્શાવે છે કે બંને કિસ્સાઓમાં, હાઇડ્રોજન HTF ઇનલેટની આસપાસ નીચેથી શોષવાનું શરૂ કરે છે.HTF પ્રદેશમાં વધુ સાંદ્રતા જોવા મળી હતી, જ્યારે હીટ એક્સ્ચેન્જરથી તેના અંતરને કારણે MH રિએક્ટરના કેન્દ્રમાં ઓછી સાંદ્રતા જોવા મળી હતી.10,000 સેકંડ પછી, કેસ 4 માં હાઇડ્રોજન સાંદ્રતા કેસ 3 કરતા નોંધપાત્ર રીતે વધારે છે. 20,000 સેકન્ડ પછી, રિએક્ટરમાં સરેરાશ હાઇડ્રોજન સાંદ્રતા કેસ 3 માં 50% હાઇડ્રોજનની સરખામણીમાં કેસ 4 માં 90% થઈ ગઈ છે. આ કારણે હોઈ શકે છે. બે SCHE ને સંયોજિત કરવાની ઉચ્ચ અસરકારક ઠંડક ક્ષમતા સુધી, જેના પરિણામે MH સ્તરની અંદરનું તાપમાન ઓછું થાય છે.પરિણામે, MG સ્તરની અંદર વધુ સંતુલન દબાણ આવે છે, જે હાઇડ્રોજનના વધુ ઝડપી શોષણ તરફ દોરી જાય છે.
કેસ 3 અને કેસ 4 બે હીટ એક્સ્ચેન્જર રૂપરેખાંકનો વચ્ચે સરેરાશ બેડ તાપમાન અને હાઇડ્રોજન સાંદ્રતાની સરખામણી.
કેસ 3 અને કેસ 4 માં હાઇડ્રોજન શોષણ પ્રક્રિયા શરૂ થયા પછી 500, 2000, 5000, 10000 અને 20000 s પછી હાઇડ્રોજન સાંદ્રતાની સરખામણી.
કોષ્ટક 5 તમામ કેસો માટે હાઇડ્રોજનના શોષણની અવધિનો સારાંશ આપે છે.વધુમાં, કોષ્ટક ટકાવારી તરીકે દર્શાવવામાં આવેલ હાઇડ્રોજનના શોષણનો સમય પણ દર્શાવે છે.આ ટકાવારીની ગણતરી કેસ 1 ના શોષણ સમયના આધારે કરવામાં આવે છે. આ કોષ્ટકમાંથી, HCHE નો ઉપયોગ કરતા MH રિએક્ટરનો શોષણ સમય લગભગ 45,000 થી 46,000 s છે, અને SCHE સહિત શોષણનો સમય લગભગ 18,000 થી 19,000 s છે.કેસ 1 ની તુલનામાં, કેસ 2 અને કેસ 3 માં શોષણનો સમય અનુક્રમે માત્ર 1.6% અને 2.7% જેટલો ઘટ્યો હતો.HCHE ને બદલે SCHE નો ઉપયોગ કરતી વખતે, શોષણનો સમય કેસ 4 થી કેસ 6 માં નોંધપાત્ર રીતે ઘટાડીને 58% થી 61% કરવામાં આવ્યો હતો.તે સ્પષ્ટ છે કે MH રિએક્ટરમાં SCHE ઉમેરવાથી હાઇડ્રોજન શોષણ પ્રક્રિયા અને MH રિએક્ટરની કામગીરીમાં ઘણો સુધારો થાય છે.જો કે MH રિએક્ટરની અંદર હીટ એક્સ્ચેન્જરની સ્થાપના સ્ટોરેજ ક્ષમતાને ઘટાડે છે, આ ટેક્નોલોજી અન્ય ટેક્નોલોજીની સરખામણીમાં હીટ ટ્રાન્સફરમાં નોંધપાત્ર સુધારો પૂરો પાડે છે.ઉપરાંત, પીચ મૂલ્યમાં ઘટાડો થવાથી SCHE ના વોલ્યુમમાં વધારો થશે, પરિણામે MH ના વોલ્યુમમાં ઘટાડો થશે.સૌથી વધુ SCHE વોલ્યુમ ધરાવતા કેસ 6માં, સૌથી ઓછા HCHE વોલ્યુમ સાથે કેસ 1ની સરખામણીમાં MH વોલ્યુમેટ્રિક ક્ષમતામાં માત્ર 5% ઘટાડો થયો હતો.વધુમાં, શોષણ દરમિયાન, કેસ 6 એ શોષણના સમયમાં 61% ઘટાડા સાથે ઝડપી અને બહેતર પ્રદર્શન દર્શાવ્યું હતું.તેથી સંવેદનશીલતા વિશ્લેષણમાં વધુ તપાસ માટે કેસ 6 પસંદ કરવામાં આવ્યો હતો.એ નોંધવું જોઇએ કે લાંબો હાઇડ્રોજન શોષવાનો સમય લગભગ 2000 સેમી 3 ની MH વોલ્યુમ ધરાવતી સંગ્રહ ટાંકી સાથે સંકળાયેલ છે.
પ્રતિક્રિયા દરમિયાન ઓપરેટિંગ પરિમાણો મહત્વપૂર્ણ પરિબળો છે જે વાસ્તવિક પરિસ્થિતિઓમાં MH રિએક્ટરના પ્રભાવને હકારાત્મક અથવા નકારાત્મક રીતે અસર કરે છે.આ અભ્યાસ SCHE સાથે સંયોજનમાં MH રિએક્ટર માટે યોગ્ય પ્રારંભિક ઓપરેટિંગ પરિમાણો નક્કી કરવા માટે સંવેદનશીલતા વિશ્લેષણને ધ્યાનમાં લે છે, અને આ વિભાગ કેસ 6 માં શ્રેષ્ઠ રિએક્ટર રૂપરેખાંકન પર આધારિત ચાર મુખ્ય ઓપરેટિંગ પરિમાણોની તપાસ કરે છે. તમામ ઓપરેટિંગ પરિસ્થિતિઓના પરિણામો આમાં દર્શાવવામાં આવ્યા છે. ફિગ. 8.
અર્ધ-નળાકાર કોઇલ સાથે હીટ એક્સ્ચેન્જરનો ઉપયોગ કરતી વખતે વિવિધ ઓપરેટિંગ પરિસ્થિતિઓ હેઠળ હાઇડ્રોજન સાંદ્રતાનો ગ્રાફ.(a) લોડિંગ દબાણ, (b) પ્રારંભિક બેડ તાપમાન, (c) શીતક રેનોલ્ડ્સ નંબર અને (d) શીતક ઇનલેટ તાપમાન.
573 K ના સતત પ્રારંભિક તાપમાન અને 14,000 રેનોલ્ડ્સ નંબર સાથે શીતક પ્રવાહ દરના આધારે, ચાર અલગ અલગ લોડિંગ દબાણ પસંદ કરવામાં આવ્યા હતા: 1.2 MPa, 1.8 MPa, 2.4 MPa અને 3.0 MPa.અંજીર પર.8a સમય જતાં હાઇડ્રોજન સાંદ્રતા પર લોડિંગ દબાણ અને SCHE ની અસર દર્શાવે છે.વધતા લોડિંગ દબાણ સાથે શોષણનો સમય ઘટે છે.1.2 MPa ના લાગુ હાઇડ્રોજન દબાણનો ઉપયોગ એ હાઇડ્રોજન શોષણ પ્રક્રિયા માટે સૌથી ખરાબ કેસ છે, અને 90% હાઇડ્રોજન શોષણ હાંસલ કરવા માટે શોષણનો સમયગાળો 26,000 s કરતાં વધી જાય છે.જો કે, ઊંચા લોડિંગ દબાણને કારણે શોષણના સમયમાં 1.8 થી 3.0 MPa સુધી 32-42% ઘટાડો થયો.આ હાઇડ્રોજનના ઊંચા પ્રારંભિક દબાણને કારણે છે, જે સંતુલન દબાણ અને લાગુ દબાણ વચ્ચેના મોટા તફાવતમાં પરિણમે છે.તેથી, આ હાઇડ્રોજન અપટેક ગતિશાસ્ત્ર માટે એક વિશાળ પ્રેરક બળ બનાવે છે.પ્રારંભિક ક્ષણે, સંતુલન દબાણ અને લાગુ દબાણ57 વચ્ચેના મોટા તફાવતને કારણે હાઇડ્રોજન ગેસ ઝડપથી શોષાય છે.3.0 MPa ના લોડિંગ પ્રેશર પર, પ્રથમ 10 સેકન્ડ દરમિયાન 18% હાઇડ્રોજન ઝડપથી સંચિત થાય છે.15460 સેકન્ડ સુધી અંતિમ તબક્કામાં 90% રિએક્ટરમાં હાઇડ્રોજનનો સંગ્રહ કરવામાં આવ્યો હતો.જો કે, 1.2 થી 1.8 MPa ના લોડિંગ પ્રેશર પર, શોષણનો સમય નોંધપાત્ર રીતે 32% ઘટાડી દેવામાં આવ્યો હતો.શોષણના સમયમાં સુધારો કરવા પર અન્ય ઉચ્ચ દબાણોની ઓછી અસર હતી.તેથી, એવી ભલામણ કરવામાં આવે છે કે MH-SCHE રિએક્ટરનું લોડિંગ દબાણ 1.8 MPa હોવું જોઈએ.પૂરક વિભાગ 15500 s પર વિવિધ લોડિંગ દબાણો માટે હાઇડ્રોજન સાંદ્રતા રૂપરેખા દર્શાવે છે.
MH રિએક્ટરના યોગ્ય પ્રારંભિક તાપમાનની પસંદગી એ હાઇડ્રોજન શોષણ પ્રક્રિયાને અસર કરતા મુખ્ય પરિબળોમાંનું એક છે, કારણ કે તે હાઇડ્રાઇડ રચના પ્રતિક્રિયાના ચાલક બળને અસર કરે છે.MH રિએક્ટરના પ્રારંભિક તાપમાન પર SCHE ની અસરનો અભ્યાસ કરવા માટે, 1.8 MPa ના સતત લોડિંગ દબાણ અને 14,000 HTF ના રેનોલ્ડ્સ નંબર પર ચાર અલગ અલગ તાપમાન પસંદ કરવામાં આવ્યા હતા.અંજીર પર.આકૃતિ 8b વિવિધ પ્રારંભિક તાપમાનની સરખામણી દર્શાવે છે, જેમાં 473K, 523K, 573K અને 623Kનો સમાવેશ થાય છે.વાસ્તવમાં, જ્યારે તાપમાન 230°C અથવા 503K58 કરતા વધારે હોય, Mg2Ni એલોય હાઇડ્રોજન શોષણ પ્રક્રિયા માટે અસરકારક લાક્ષણિકતાઓ ધરાવે છે.જો કે, હાઇડ્રોજન ઇન્જેક્શનના પ્રારંભિક ક્ષણે, તાપમાન ઝડપથી વધે છે.પરિણામે, MG સ્તરનું તાપમાન 523 K કરતાં વધી જશે. તેથી, શોષણ દરમાં વધારો થવાને કારણે હાઇડ્રાઈડ્સનું નિર્માણ સરળ બને છે.અંજીરમાંથી.તે ફિગ. 8b પરથી જોઈ શકાય છે કે MB સ્તરનું પ્રારંભિક તાપમાન ઘટવાથી હાઇડ્રોજન ઝડપથી શોષાય છે.પ્રારંભિક તાપમાન નીચું હોય ત્યારે નીચલા સંતુલન દબાણો થાય છે.સંતુલન દબાણ અને લાગુ દબાણ વચ્ચેના દબાણનો તફાવત જેટલો વધારે છે, તેટલી ઝડપથી હાઇડ્રોજન શોષણની પ્રક્રિયા.473 K ના પ્રારંભિક તાપમાને, પ્રથમ 18 સેકન્ડ દરમિયાન હાઇડ્રોજન ઝડપથી 27% સુધી શોષાય છે.વધુમાં, 623 K ના પ્રારંભિક તાપમાનની સરખામણીમાં નીચા પ્રારંભિક તાપમાને શોષણનો સમય પણ 11% થી ઘટાડીને 24% કરવામાં આવ્યો હતો. 473 K ના સૌથી નીચા પ્રારંભિક તાપમાને શોષણનો સમય 15247 s છે, જે શ્રેષ્ઠ તાપમાન સમાન છે. કેસ લોડિંગ દબાણ, જો કે, પ્રારંભિક તાપમાન રિએક્ટર તાપમાનમાં ઘટાડો હાઇડ્રોજન સંગ્રહ ક્ષમતામાં ઘટાડો તરફ દોરી જાય છે.MN રિએક્ટરનું પ્રારંભિક તાપમાન ઓછામાં ઓછું 503 K53 હોવું જોઈએ.વધુમાં, 573 K53 ના પ્રારંભિક તાપમાને, મહત્તમ હાઇડ્રોજન સંગ્રહ ક્ષમતા 3.6 wt% પ્રાપ્ત કરી શકાય છે.હાઇડ્રોજન સંગ્રહ ક્ષમતા અને શોષણ અવધિના સંદર્ભમાં, 523 અને 573 K ની વચ્ચેનું તાપમાન સમયને માત્ર 6% ઘટાડે છે.તેથી, MH-SCHE રિએક્ટરના પ્રારંભિક તાપમાન તરીકે 573 K નું તાપમાન પ્રસ્તાવિત છે.જો કે, લોડિંગ દબાણની તુલનામાં શોષણ પ્રક્રિયા પર પ્રારંભિક તાપમાનની અસર ઓછી નોંધપાત્ર હતી.પૂરક વિભાગ 15500 સે. પર વિવિધ પ્રારંભિક તાપમાન માટે હાઇડ્રોજન સાંદ્રતાના રૂપરેખા દર્શાવે છે.
પ્રવાહ દર એ હાઇડ્રોજનેશન અને ડિહાઇડ્રોજનેશનના મુખ્ય પરિમાણોમાંનું એક છે કારણ કે તે હાઇડ્રોજનેશન અને ડિહાઇડ્રોજનેશન 59 દરમિયાન અશાંતિ અને ગરમી દૂર કરવા અથવા ઇનપુટને અસર કરી શકે છે.ઉચ્ચ પ્રવાહ દર અશાંત તબક્કાઓનું સર્જન કરશે અને પરિણામે HTF ટ્યુબિંગ દ્વારા ઝડપી પ્રવાહી પ્રવાહમાં પરિણમશે.આ પ્રતિક્રિયા ઝડપી હીટ ટ્રાન્સફરમાં પરિણમશે.HTF માટે વિવિધ પ્રવેશ વેગની ગણતરી રેનોલ્ડ્સ 10,000, 14,000, 18,000 અને 22,000 નંબરના આધારે કરવામાં આવે છે.MG સ્તરનું પ્રારંભિક તાપમાન 573 K અને લોડિંગ દબાણ 1.8 MPa પર નિશ્ચિત કરવામાં આવ્યું હતું.ફિગ માં પરિણામો.8c દર્શાવે છે કે SCHE સાથે સંયોજનમાં ઉચ્ચ રેનોલ્ડ્સ નંબરનો ઉપયોગ કરવાથી ઉંચા અપટેક રેટમાં પરિણમે છે.જેમ જેમ રેનોલ્ડ્સની સંખ્યા 10,000 થી 22,000 સુધી વધે છે, શોષણનો સમય લગભગ 28-50% જેટલો ઘટે છે.રેનોલ્ડ્સ નંબર 22,000 પર શોષણનો સમય 12,505 સેકન્ડ છે, જે વિવિધ પ્રારંભિક લોડિંગ તાપમાન અને દબાણ કરતાં ઓછો છે.12500 s પર GTP માટે વિવિધ રેનોલ્ડ્સ નંબરો માટે હાઇડ્રોજન સાંદ્રતાના રૂપરેખા પૂરક વિભાગમાં રજૂ કરવામાં આવ્યા છે.
HTF ના પ્રારંભિક તાપમાન પર SCHE ની અસરનું વિશ્લેષણ કરવામાં આવ્યું છે અને આકૃતિ 8d માં દર્શાવવામાં આવ્યું છે.573 K ના પ્રારંભિક MG તાપમાન અને 1.8 MPa ના હાઇડ્રોજન લોડિંગ દબાણ પર, આ વિશ્લેષણ માટે ચાર પ્રારંભિક તાપમાન પસંદ કરવામાં આવ્યા હતા: 373 K, 473 K, 523 K અને 573 K. 8d દર્શાવે છે કે શીતકના તાપમાનમાં ઘટાડો ઇનલેટ પર શોષણના સમયમાં ઘટાડો તરફ દોરી જાય છે.573 K ના ઇનલેટ તાપમાન સાથેના બેઝ કેસની તુલનામાં, શોષણનો સમય અનુક્રમે 523 K, 473 K અને 373 K ના ઇનલેટ તાપમાન માટે આશરે 20%, 44% અને 56% જેટલો ઘટાડો થયો હતો.6917 s પર, GTFનું પ્રારંભિક તાપમાન 373 K છે, રિએક્ટરમાં હાઇડ્રોજન સાંદ્રતા 90% છે.આને એમજી લેયર અને એચસીએસ વચ્ચેના ઉન્નત કન્વેક્ટિવ હીટ ટ્રાન્સફર દ્વારા સમજાવી શકાય છે.નીચું HTF તાપમાન ગરમીના વિસર્જનમાં વધારો કરશે અને પરિણામે હાઇડ્રોજનના શોષણમાં વધારો થશે.તમામ ઓપરેટિંગ પરિમાણોમાં, HTF ઇનલેટ તાપમાનમાં વધારો કરીને MH-SCHE રિએક્ટરની કામગીરીમાં સુધારો કરવો એ સૌથી યોગ્ય પદ્ધતિ હતી, કારણ કે શોષણ પ્રક્રિયાનો અંતિમ સમય 7000 s કરતાં ઓછો હતો, જ્યારે અન્ય પદ્ધતિઓનો સૌથી ટૂંકો શોષણ સમય વધુ હતો. 10000 સે.7000 સે. માટે GTP ના વિવિધ પ્રારંભિક તાપમાન માટે હાઇડ્રોજન સાંદ્રતા રૂપરેખા રજૂ કરવામાં આવે છે.
આ અભ્યાસ પ્રથમ વખત મેટલ હાઇડ્રાઈડ સ્ટોરેજ યુનિટમાં એકીકૃત નવા અર્ધ-નળાકાર કોઇલ હીટ એક્સ્ચેન્જરને રજૂ કરે છે.હાઇડ્રોજનને શોષવાની સૂચિત સિસ્ટમની ક્ષમતાની તપાસ હીટ એક્સ્ચેન્જરની વિવિધ રૂપરેખાંકનો સાથે કરવામાં આવી હતી.નવા હીટ એક્સ્ચેન્જરનો ઉપયોગ કરીને મેટલ હાઇડ્રાઇડ્સને સંગ્રહિત કરવા માટે શ્રેષ્ઠ પરિસ્થિતિઓ શોધવા માટે મેટલ હાઇડ્રાઇડ સ્તર અને શીતક વચ્ચેના હીટ એક્સચેન્જ પરના ઓપરેટિંગ પરિમાણોના પ્રભાવની તપાસ કરવામાં આવી હતી.આ અભ્યાસના મુખ્ય તારણોનો સારાંશ નીચે મુજબ છે:
અર્ધ-નળાકાર કોઇલ હીટ એક્સ્ચેન્જર સાથે, હીટ ટ્રાન્સફર કામગીરીમાં સુધારો થાય છે કારણ કે તે મેગ્નેશિયમ લેયર રિએક્ટરમાં વધુ સમાન ગરમીનું વિતરણ ધરાવે છે, પરિણામે હાઇડ્રોજન શોષણ દર વધુ સારો થાય છે.જો હીટ એક્સ્ચેન્જ ટ્યુબ અને મેટલ હાઇડ્રાઈડનું પ્રમાણ યથાવત રહે તો, પરંપરાગત કોઇલ કોઇલ હીટ એક્સ્ચેન્જરની તુલનામાં શોષણ પ્રતિક્રિયા સમય નોંધપાત્ર રીતે 59% જેટલો ઓછો થાય છે.
પોસ્ટ સમય: જાન્યુઆરી-15-2023