洁净煤技术

作者：宋亚伟, 余银生, 李伟卓, 敖运进

关键词：储氢合金,储氢反应容器,数值模拟,导热系数,结构优化

金属氢化物储氢反应器在储氢时，储氢合金的导热系数较小造成内部热量导出不及时，延长储氢时间，制约其工程应用。为解决现有金属氢化物储氢反应器存在的传热传质限制、动态响应滞后等问题，围绕反应器动态储氢特性及结构优化展开研究。建立了传热传质与化学反应耦合的数值模型，获得了储氢过程中温度场、压力场及储氢量的动态演化规律，为提升储氢性能，采用增大储氢合金导热系数或内部强化换热的方法，设计了仅增大储氢合金导热系数以及反应器内部强化换热的仿生蜂窝与螺旋管的新结构，对储氢反应器的结构进行了优化设计研究。研究结果表明：提出的储氢反应器新结构的储氢性能优异：相较合金导热系数为12 W/(m·K)时，90%储氢的时间缩短不到其50%。相较基础结构，90%储氢的时间降幅约84%；随螺旋管内对流换热系数的增加显著提升，但当流速超过1 m/s时趋近饱和；随蜂窝隔板导热系数的增加稳定提升，但增加的幅度较小；在变初始温度与供氢压力工况下，储氢性能提升稳定在84%且不衰减。储氢反应器的新结构设计，显著缩短了导热距离的同时提供更大的换热面积和内冷源。研究为金属氢化物储氢反应器的工程设计与性能提升提供了理论依据和技术支撑，对推动氢能的规模化应用具有重要意义。

来源：2025年第12期

《洁净煤技术》期刊编辑部

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