学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

基于金属氢化物的两级氢气压缩机特性研究

作　者: 胡晓晨
导　师: 陈江平
学　校: 上海交通大学
专　业: 制冷与低温工程
关键词: 金属氢化物压缩机储氢合金吸氢放氢 CFD
分类号: TB652
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 24次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

环境保护已经成为了当今社会无法忽视的一个重大问题。特别是一次能源的利用以及资源的紧缩,新型绿色能源的开发与利用已经迫在眉睫。目前,氢能作为一种清洁能源正受到全世界的广泛关注,各个国家也都从国家战略的角度制定了长期的氢能利用发展规划,同时,我国也正在制定国家氢能路线图。而储氢和输氢等技术问题的解决正是氢能迅速发展的关键。金属氢化物因其能在不同温度下吸氢和放氢这一特性而被认为是合适的储氢和输氢手段之一。本文依托“863计划”项目和国家自然科学基金项目,对金属氢化物合金选择、金属氢化物反应床以及两级氢压缩机样机进行了研究和分析,通过数值分析方法,对装有储氢合金的反应床的换热性能进行了分析;并通过搭建两级氢压缩机样机进行了系统实验,分析了压缩系统的各项性能指标,针对其影响因素对工况参数和运行时间参数进行了优化调整。具体的结果如下:1.根据适用于氢压缩机的储氢合金材料要求,选择了La_0.4Y_0.6Ni_4.8Al_0.2合金为第一级低压压缩系统工质、La_0.3Y_0.7Ni_4.8Mn_0.2合金为第二级高压压缩系统工质。2.建立了金属氢化物弓形折流板式反应床模型,并研究了折流板数量对于反应床的流动及换热的影响,并发现弓形折流板结构存在较多问题,如流动死区、合金温度波动、换热面积无法充分利用、提高进口水量来提高换热的效果较差等问题。因此,提出使用螺旋式折流板和分隔板来对反应床进行优化和改进。3.建立了两级氢气压缩机,根据对系统的特性研究分析和实验调试,确定单个反应床一次循环的时间参数为:冷却10s、预冷40s、吸氢150s、加热13s、预热80s、放氢290s,整个循环周期为583s。因此,通过反应床交替工作,两级氢气压缩机实现了连续输氢和增压的过程,并在完成10次放氢后,集气瓶中的压力上升至36.5MPa,放氢量为25.7mol,压缩机的热功效率为3.9%,压缩比超过14,平均气体流速为11.75L/min,单位质量储氢合金的放氢量可达181.8ml/g。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-10
主要符号说明  10-12
第一章绪论  12-21
  1.1 研究背景  12-14
  1.2 金属氢化物的发展及研究现状  14-17
    1.2.1 金属氢化物的定义  14
    1.2.2 金属氢化物吸放氢反应原理  14-15
    1.2.3 金属氢化物的储氢热力学  15-16
    1.2.4 金属氢化物的类型  16-17
    1.2.5 金属氢化物的应用  17
  1.3 基于金属氢化物的压缩机系统发展和研究现状  17-20
    1.3.1 反应床设计  17-18
    1.3.2 基于金属氢化物的压缩机系统的研究和发展现状  18-20
  1.4 本文研究的主要内容  20-21
第二章储氢合金的选择与性能分析  21-28
  2.1 用于氢压缩机的储氢合金工质的设计要求  21
  2.2 储氢合金工质的选择和制备  21-23
    2.2.1 储氢合金工质的选择  21-22
    2.2.2 储氢合金工质性能测试方法  22-23
  2.3 储氢合金工质的性能分析  23-27
    2.3.1 储氢合金的晶体结构  23
    2.3.2 合金的P-C-T曲线  23-25
    2.3.3 合金的吸放氢反应动力学  25-26
    2.3.4 合金的循环动力学  26-27
  2.4 本章小结  27-28
第三章反应床的数值模拟分析  28-48
  3.1 反应床的结构参数  28-29
  3.2 反应床数值模拟参数的设定  29-35
    3.2.1 前处理过程  29-30
    3.2.2 湍流模型的介绍  30-31
    3.2.3 数值条件  31-33
    3.2.4 网格独立性验证  33
    3.2.5 折流板反应床壳侧湍流模型的选取  33-35
  3.3 反应床数值分析  35-39
    3.3.1 折流板数量的影响  35-38
    3.3.2 反应床入口流量的影响  38-39
    3.3.3 折流板圆缺高度的影响  39
  3.4 反应床的优化与改进  39-46
    3.4.1 螺旋式折流板反应床  39-44
    3.4.2 分隔板式反应床  44-46
  3.5 本章小结  46-48
第四章两级压缩系统研究  48-74
  4.1 两级压缩系统  48-53
    4.1.1 金属氢化物反应床  48
    4.1.2 两级压缩系统  48-49
    4.1.3 控制系统  49-51
    4.1.4 自动控制系统运行方案  51-52
    4.1.5 压缩系统的性能指标  52-53
  4.2 第一级压缩系统实验与性能分析  53-64
    4.2.1 吸氢时间的影响  53-54
    4.2.2 放氢温度的影响  54-55
    4.2.3 吸氢温度的影响  55-57
    4.2.4 吸氢压力的影响  57-59
    4.2.5 循环次数的影响  59-64
  4.3 第二级压缩系统实验与性能分析  64-68
    4.3.1 放氢时间的影响  65
    4.3.2 吸氢温度的影响  65-66
    4.3.3 放氢温度的影响  66-68
  4.4 两级压缩循环特性  68-72
    4.4.1 两级压缩循环运行试验  68-71
    4.4.2 两级压缩试验结果计算  71-72
  4.5 本章小结  72-74
第五章结论与展望  74-76
  5.1 结论  74-75
  5.2 展望  75-76
参考文献  76-80
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  80-81
致谢  81-83

基于金属氢化物的两级氢气压缩机特性研究

内容摘要

全文目录

相似论文