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金属氢化物贮氢技术能否得到广泛利用,主要取决于金属氢化物的性质,同时也与氢化物的传热传质密切相关。金属氢化物反应器吸/放氢过程的传热传质研究中,数值模拟能够直观地反映各种参数对氢化物的反应动力学性能的影响。在改变计算参数的基础上,可以得出最优化的操作条件和反应器尺寸。 本文在课题组研制的单管金属氢化物反应器(贮氢罐)的基础上,抽象出理想化的几何物理模型。通过假设,把金属氢化物反应器吸收氢气的过程简化成内热源放热的问题,把氢气自上而下的扩散的逐层反应,等价成内热源的逐层放热模型,并忽略了反应器壁的厚度,建立了内部非稳态温度场的求解方程,利用CFD商业套装软件FLUENT软件对反应器内部非稳态温度场进行了数值模拟。通过比较不同贮氢合金、不同反应器尺寸、不同孔隙率的反应器内非稳态温度场的对比,得出如下结论: (1) 贮氢合金的热导率显著的影响了温度场的分布和温度梯度。热导率大,外界冷却流体的作用能够很好的体现出来,有利于反应向正方向移动;并且热导率大,热量容易扩散,温度梯度较小,有利于提高贮氢合金的循环使用寿命。 (2) 圆柱型单管反应器的半径越小,外界流体的冷却作用越明显,但是吸收氢气的质量质量密度,降低了氢气贮运的经济性。 (3) 多孔介质的孔隙率也能影响温度场的分布,在实际的反应器中应该留有空间,因为反复的吸/放氢过程后,氢化物床体积会膨胀。 本文的数值模拟过程中没有考虑氢气在孔隙中的流动,未能在能量方程中加入对流换热项,所以具体的温度数值不一定准确,有待改进。