金属氢化物反应器吸氢过程的热质传递特性分析

鲍泽威　杨福胜　吴震　张早校

金属氢化物可以与氢气发生可逆的化学反应，在储氢、热泵、蓄热和氢气热压缩等领域具有重要应用价值，金属氢化物材料必须装填在相应的反应器内才能实现其功能，金属氢化物反应器是整个系统的核心部件，其设计和运行方式对上述系统的性能影响极大，因此，深刻理解反应器内热质传递特性及其强化规律，提出有针对性的改进措施，对推动金属氢化物的实际应用具有重要意义，考虑成本和安全性等因素，数值模拟是研究金属氢化物反应器性能的有效方法，为此，国内外的研究者提出了很多金属氢化物反应器模型，早在1983年，EI-Osery就建立了金属氢化物反应器的一维模型，但此模型较简单，只包含传热方程和反应动力学方程，Jemni等基于体积平均法建立了圆柱形反应器的二维模型，此模型更加严密，包括了气固相传热方程、气固相连续性方程、气相传质方程和反应动力学方程，并得到了实验验证，随后，Aldas等把二维模型扩展到三维，其结果表明，在换热壁面处吸氢反应比较快，而在中心区域则反应比较慢，王玉琪等提出了一种新型的环盘式金属氢化物反应器，并采用有限容积法对反应器的非局部热平衡模型进行了离散求解，模拟结果证明了新型反应器的工作过程较为快速和均匀，MacDonald等建立了金属氢化物反应器的二维模型，此模型中采用了一维能量方程来描述换热流体的温度变化，Ye等建立了圆柱形金属氢化物储氢反应器的二维模型并采用有限差分方法进行求解，其结果表明：增大氢气供给压力和降低冷却流体温度，可以加速吸氢反应过程。