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金属氢化物(MH)因为其反应条件比较温和、储氢量大、循环时间长等优点成为了储存和运输氢气的重要载体,利用金属氢化物贮存氢气成为氢能领域研究的重要方面。金属氢化物与氢气的反应是一个可逆的强吸／放热的过程,及时从床层移除反应所产生热量或向床层供给足够的热量是保证吸放氢反应的关键。提高金属氢化物床层热质传递效率主要有两种方法,改进金属氢化物本身性质和金属氢化物反应器。本文针对金属氢化物及其反应器进行了深入研究。通过对LaNi4.7Al0.3颗粒群P-C-T及其反应动力学实验研究发现,LaNi4.7Al0.3反应机理属新相晶核形成长大模型(JMA)。另外,对LaNi5和LaNi4.7Al0.3吸氢反应动力学的实验对比可以得到,同一时刻,LaNi4.7Al0.3吸氢速率明显高于LaNi5根据局部热平衡模型,建立了金属氢化物床层反应过程的模型方程,并验证了其模型方程的有效性。通过对多管束反应器的结构及MmNi4.6Al0.4吸放氢反应过程中工作参数的调节,设计出了压缩机高效率运行的反应器并研究出保证高效运行的操作条件,即换热管层为4层、吸和放氢压力分别为2MPa和0.05MPa、温度分别为293K和393K、传热系数为1000W/(m2·K)时为压缩机高效率运行的条件。利用床层数值模型方程对弓形板式、环盘式及多管束反应器的反应过程进行了模拟对比,结果得出,换热面积和床层金属氢化物分散性较好的多管束反应器吸氢性能明显优于弓形及环盘式反应器。在反应1700s时,弓形板、环盘式及多管束反应器的反应分率分别为0.68、0.70和0.74。本文提出了一种新型多管束翅片式反应器,并根据该反应器传热的特性,对换热过程中的能量方程进行了推导,涉及到翅片半径、厚度及数量等结构参数。通过对上述结构参数的调节,可在较大程度上改善反应过程中的换热速率,提高金属氢化物的反应效率,其中翅片数量的优化对换热效率的影响最为明显。另外,针对氢气压力、传热系数及换热流体速度对新型多管束翅片式反应器的影响进行模拟研究得出,相比于传热系数和换热流体速度,氢气压力的变化对反应过程的影响最大。初始氢气压力为1MPa和0.5MPa时,反应到达终点时所需的时间为1700s和超过2000s。