鎂-氫化鎂熱化學(xué)蓄熱系統(tǒng)數(shù)值模擬和實驗研究.pdf

1、嚴(yán)峻的能源形勢迫使人們尋找新型能源,并且提高現(xiàn)有能源的利用效率。使用蓄熱的方法可以應(yīng)對新能源使用過程中能源來源不連續(xù)的特點,也可以儲存工業(yè)過程中產(chǎn)生的余熱,提高能源的利用效率。根據(jù)蓄熱材料儲存熱量原理的不同,目前主要的蓄熱方法有顯熱蓄熱,潛熱蓄熱,和熱化學(xué)蓄熱三種。本文探討了使用熱化學(xué)方法來儲存熱量,介紹了熱化學(xué)蓄熱材料選取的原則以及國內(nèi)外熱化學(xué)蓄熱系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀。由于鎂-氫化鎂系統(tǒng)具有蓄熱密度高,蓄放熱溫度可變,熱量可以長期儲存而不需

2、要絕熱措施等優(yōu)點,本文將鎂-氫化鎂熱化學(xué)蓄熱系統(tǒng)作為本文的研究內(nèi)容。
　　本文基于鎂-氫化鎂熱化學(xué)蓄熱系統(tǒng)蓄放熱時的物理化學(xué)過程,建立了系統(tǒng)的二維非穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型,通過數(shù)值計算,獲得了系統(tǒng)的溫度、反應(yīng)速率、反應(yīng)進度分布及系統(tǒng)的對外放熱功率等參數(shù)。以數(shù)值模擬所得結(jié)果為參照,設(shè)計搭建了鎂-氫化鎂熱化學(xué)蓄熱實驗臺,改變壁面溫度與氫氣壓力進行了一系列的實驗,與數(shù)值模擬所得結(jié)果相互驗證得出以下結(jié)論:
　　(1)數(shù)值模擬中發(fā)現(xiàn)蓄熱系統(tǒng)在蓄

3、放熱過程中存在一個化學(xué)反應(yīng)速率較快的面,從外向內(nèi)推進,由此導(dǎo)致反應(yīng)物從外向內(nèi)反應(yīng),此結(jié)論由文中所引照片證實。
　　(2)數(shù)值模擬中發(fā)現(xiàn)對于此系統(tǒng)的放熱過程,當(dāng)對流換熱系數(shù)一定時,存在一個最佳的外界流體溫度,使系統(tǒng)平均放熱功率最大。隨著換熱系數(shù)的增大,系統(tǒng)的最大平均放熱功率也增大,最終趨近于定壁溫的最大平均放熱功率,此時系統(tǒng)有最大的平均放熱功率比質(zhì)量值。對于對流換熱和定壁溫為邊界條件的系統(tǒng),系統(tǒng)所提供的功率會隨著時間衰減,對于定熱流

4、為邊界條件的系統(tǒng),反應(yīng)進行到一定程度后會驟停。實驗中對不同壁溫對系統(tǒng)放熱快慢的影響做了研究,發(fā)現(xiàn)存在一個最佳的壁面溫度使系統(tǒng)放熱最快,并且在所做的實驗條件中,放熱功率都是隨時間衰減的,與數(shù)值模擬結(jié)論相符。
　　(3)數(shù)值模擬中發(fā)現(xiàn)隨著氫氣壓力的增大,系統(tǒng)放熱逐漸變快,在實驗中也證實了這一點。
　　(4)對于系統(tǒng)的蓄熱過程,數(shù)值模擬表明蓄熱所花的時間隨著邊界溫度的升高而單調(diào)減少。
　　對于本實驗系統(tǒng),鎂粉的轉(zhuǎn)化率達到48