شبيه سازي واجذب هيدروژن از مخازن بزرگ هيدريد فلزي و بررسي افزايش بهره وري با استفاده از پره هاي فلزي

Simulation of hydrogen desorption from large metal hydride storages and investigation of efficiency enhancement using metal fins

يكي از روش هاي ذخيره‌سازي هيدروژن استفاده از هيدريدهاي فلزي است. در اين تحقيق با استفاده از شبيه سازي عددي، فرآيند واجذب هيدروژن از مخازن هيدريد فلزي داراي قطر بزرگ و با شدت جريان ثابت مورد بررسي قرار گرفته است. براي شبيه سازي واجذب هيدروژن از يك مدل دو بعدي همراه با روش حجم محدود استفاده شده است. نتايج شبيه سازي با نتايج آزمايشگاهي در دسترس مقايسه شده و توافق خوبي بين آن ها مشاهده شده است. در اين مطالعه طرحي خاص از يك مخزن هيدريد فلزي مورد بررسي قرار گرفته است كه با استفاده از تعدادي پره آلومينيومي و براي يك شدت جريان مشخص در خروجي مخزن، انتخاب قطر بزرگ براي بسترهاي هيدريد فلزي را مقدور ساخته است. نتايج شبيه سازي تاثير پره هاي آلومينيومي در تقويت انتقال حرارت را تاييد كرده و نشان داده است كه براي شدت جريان خروجي 230 (Nlit/min) مي توان قطر مخزن را حتي تا 60 سانتي متر افزايش داد. مقايسه نتايج براي دو نوع آلياژ LaNi5 و C5 نشان داد كه در صورت استفاده از آلياژ C5، بازده انرژي به دليل نياز به سيال گرم‌كننده با دماي پايين تر، افزايش مي يابد. همچنين بررسي تاثير افزايش شدت جريان خروجي نشان داد كه با افزايش شدت جريان خروجي از 230 به 460 (Nlit/min)، افزايش قطر مخزن با محدوديت همراه بوده و بايد مخزن كوچك تري انتخاب شود.

The use of metal hydrides is one of the hydrogen storage methods. In this research, the process of hydrogen desorption from metal hydride storage with high diameter and constant flow rate was investigated using numerical simulation. A two-dimensional model with finite volume method is applied for simulation of hydrogen desorption. Simulation results were compared with available experimental data and good agreement was observed between them. In this study, a special design of metal hydride storage was investigated. This design allows the application of metal hydride beds with large diameter for a specific hydrogen outlet flow rate using aluminum fins. The simulation results verified the heat transfer enhancement effect of aluminum fins and showed the storage diameter can even be increased to 60 cm for outlet flow rate of 230 (Nlit/min). The comparison between the result of applying LaNi5 and C5 alloys revealed that the energy efficiency could be increased by using C5 alloys due to need of heating fluid with lower temperature. Moreover, the results showed that by increasing the outlet volumetric flow rate from 230 to 460 (Nlit/min), the storage diameter should be limited and therefore the smaller storage must be selected.