شماره ركورد
23984
شماره راهنما
MEC2 259
عنوان
مطالعه پارامتري و بهينه سازي فرايند جذب در مخزن هيدريد فلزي جهت ذخيره هيدروژن
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي مكانيك - تبديل انرژي
دانشكده
فني و مهندسي
تاريخ دفاع
1403/6/26
صفحه شمار
85 ص.
استاد راهنما
ابراهيم افشاري
استاد مشاور
دكتر مهدي مشرف دهكردي
كليدواژه فارسي
مخزن هيدريد فلزي , ذخيره هيدروژن , ، انرژي هيدروژن , فرايند جذب , محيط متخلخل , شبيه¬سازي عددي
چكيده فارسي
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.
كليدواژه لاتين
Metal Hydride Tank , Hydrogen Storage , Hydrogen Energy , Absorption Process , Porous Medium , Numerical Simulation
عنوان لاتين
Parametric study and optimization of absorption process in metal hydride tank for hydrogen storage
گروه آموزشي
مهندسي مكانيك
چكيده لاتين
Hydrogen, recognized for its high energy mass density, presents a viable alternative to fossil fuels. However, the optimal and safe storage of hydrogen remains a significant challenge due to its low volumetric energy density. Traditional hydrogen storage methods, including pressurized tanks and sub-cooled liquid storage, exhibit drawbacks such as high operational costs and safety concerns. Conversely, emerging techniques like silicate microspheres and carbon nanotubes are inadequate alternatives due to their low efficiency.
Among the innovative storage methods, the use of metal hydride tanks offers considerable advantages. This approach involves a tank containing a metallic alloy that serves as a porous medium. The alloy possesses the ability to absorb hydrogen while releasing heat. Consequently, the process is characterized by two phases: hydrogen absorption occurs with heat rejection, while hydrogen release is facilitated by heat absorption. This duality underscores the critical importance of thermal management within these tanks.
The safety and convenience of charging and discharging hydrogen represent significant benefits of this method. Nonetheless, the substantial weight of these tanks has prompted engineers to seek solutions aimed at enhancing their performance. This thesis provides a comprehensive introduction to these reservoirs and reviews existing research. It further discusses the numerical simulation of the reservoir by analyzing the governing equations related to the hydrogen absorption process within the metal hydride tank. Following validation and grid independence, the model investigates the influence of eight distinct parameters on the tankʹs performance. These parameters include the heat transfer coefficient of the coolant, ambient temperature, inlet pressure, porosity coefficient of the metal, permeability of the metal, heat transfer coefficient of the metal, reaction activation energy, and reaction rate constants.
The results showed that among these 8 parameters, the increase of some of them, such as the heat transfer coefficient of the cooling fluid or the ambient temperature, leads to an increase in the density of hydrogen absorption and at the same time, a decrease in the temperature peak during absorption, which Both are positive effects. while the increase of some other parameters such as hydrogen input pressure, metal permeability, reaction activation energy and reaction rate constant; It only leads to an increase in the absorbed density, but it raises the temperature peak. It was also found that the metal conductivity heat transfer coefficient has no significant effect on the performance of the tank. Further, considering the importance of environmental conditions on tank performance, optimizing the tank to achieve the best environmental conditions such as ambient temperature, inlet pressure, and heat transfer coefficient of cooling fluid displacement; was paid With the aim of achieving the maximum reduction of the temperature peak of the control variables in the form of the heat transfer coefficient of the cooling fluid equal to 14.1 W/m^2.K, the ambient temperature equal to 283 K and the inlet pressure of 18.96 pascal were obtained. If the goal is the greatest increase in hydrogen absorption density; The heat of the cooling fluid is equal to 10.3 W/m^2.K, the ambient temperature is equal to 295.4 K and the inlet pressure is 19.7 Pascal.
تعداد فصل ها
5
فهرست مطالب pdf
76554
نويسنده