لوله سیم پیچی از جنس استنلس استیل 304 6*1.25 میلی متر برای مبدل حرارتی

از بازدید شما از Nature.com سپاسگزاریم.شما از یک نسخه مرورگر با پشتیبانی محدود CSS استفاده می کنید.برای بهترین تجربه، توصیه می کنیم از یک مرورگر به روز شده استفاده کنید (یا حالت سازگاری را در اینترنت اکسپلورر غیرفعال کنید).علاوه بر این، برای اطمینان از پشتیبانی مداوم، سایت را بدون استایل و جاوا اسکریپت نشان می‌دهیم.
چرخ فلکی از سه اسلاید را همزمان نمایش می دهد.از دکمه های قبلی و بعدی برای حرکت در سه اسلاید در یک زمان استفاده کنید یا از دکمه های لغزنده در پایان برای حرکت در سه اسلاید در یک زمان استفاده کنید.
هیدریدهای فلزی (MH) به دلیل ظرفیت ذخیره سازی هیدروژن زیاد، فشار کاری کم و ایمنی بالا به عنوان یکی از مناسب ترین گروه های مواد برای ذخیره سازی هیدروژن شناخته می شوند.با این حال، سینتیک کند جذب هیدروژن آنها عملکرد ذخیره سازی را تا حد زیادی کاهش می دهد.حذف سریع‌تر حرارت از ذخیره‌سازی MH می‌تواند نقش مهمی در افزایش نرخ جذب هیدروژن آن داشته باشد و در نتیجه عملکرد ذخیره‌سازی را بهبود بخشد.در این راستا، این مطالعه با هدف بهبود ویژگی‌های انتقال حرارت به منظور تأثیر مثبت بر میزان جذب هیدروژن سیستم ذخیره‌سازی MH انجام شد.سیم پیچ نیمه استوانه ای جدید برای اولین بار برای ذخیره سازی هیدروژن توسعه و بهینه سازی شد و به عنوان یک مبدل داخلی هوا به عنوان حرارت (HTF) گنجانده شد.بر اساس اندازه های مختلف زمین، اثر پیکربندی مبدل حرارتی جدید تجزیه و تحلیل شده و با هندسه سیم پیچ مارپیچ معمولی مقایسه می شود.علاوه بر این، پارامترهای عملیاتی ذخیره سازی MG و GTP برای به دست آوردن مقادیر بهینه مورد مطالعه عددی قرار گرفتند.برای شبیه سازی عددی از ANSYS Fluent 2020 R2 استفاده شده است.نتایج این مطالعه نشان می دهد که عملکرد یک مخزن ذخیره MH را می توان با استفاده از مبدل حرارتی سیم پیچ نیمه استوانه ای (SCHE) به طور قابل توجهی بهبود بخشید.در مقایسه با مبدل های حرارتی سیم پیچ مارپیچی معمولی، مدت زمان جذب هیدروژن تا 59 درصد کاهش می یابد.کمترین فاصله بین سیم پیچ های SCHE باعث کاهش 61 درصدی زمان جذب شد.با توجه به پارامترهای عملیاتی ذخیره سازی MG با استفاده از SHE، تمام پارامترهای انتخاب شده منجر به بهبود قابل توجهی در فرآیند جذب هیدروژن، به ویژه دمای ورودی به HTS می شود.
یک انتقال جهانی از انرژی مبتنی بر سوخت‌های فسیلی به انرژی‌های تجدیدپذیر وجود دارد.از آنجایی که بسیاری از اشکال انرژی تجدیدپذیر انرژی را به صورت پویا تامین می کنند، ذخیره انرژی برای متعادل کردن بار ضروری است.ذخیره انرژی مبتنی بر هیدروژن توجه زیادی را برای این منظور به خود جلب کرده است، به ویژه به این دلیل که هیدروژن به دلیل خواص و قابلیت حمل آن می تواند به عنوان یک سوخت جایگزین و حامل انرژی «سبز» استفاده شود.علاوه بر این، هیدروژن همچنین محتوای انرژی بالاتری را در واحد جرم در مقایسه با سوخت‌های فسیلی ارائه می‌کند.چهار نوع اصلی ذخیره‌سازی انرژی هیدروژن وجود دارد: ذخیره‌سازی گاز فشرده، ذخیره‌سازی زیرزمینی، ذخیره‌سازی مایع و ذخیره‌سازی جامد.هیدروژن فشرده اصلی ترین نوع مورد استفاده در خودروهای پیل سوختی مانند اتوبوس و لیفتراک است.با این حال، این ذخیره‌سازی چگالی فله‌ای کم هیدروژن (تقریباً 0.089 کیلوگرم بر متر مکعب) را فراهم می‌کند و دارای مشکلات ایمنی مرتبط با فشار عملیاتی بالا است.بر اساس یک فرآیند تبدیل در دما و فشار محیط پایین، ذخیره‌سازی مایع هیدروژن را به شکل مایع ذخیره می‌کند.با این حال، هنگامی که به مایع تبدیل می شود، حدود 40٪ از انرژی از بین می رود.علاوه بر این، این فناوری در مقایسه با فناوری‌های ذخیره‌سازی حالت جامد، انرژی و نیروی کار بیشتری دارد.ذخیره سازی جامد یک گزینه مناسب برای اقتصاد هیدروژنی است که هیدروژن را با ترکیب هیدروژن در مواد جامد از طریق جذب و آزادسازی هیدروژن از طریق دفع ذخیره می کند.هیدرید فلز (MH)، یک فناوری ذخیره سازی مواد جامد، به دلیل ظرفیت هیدروژن بالا، فشار عملیاتی کم و هزینه کم در مقایسه با ذخیره سازی مایع، مورد توجه اخیر در کاربردهای پیل سوختی است و برای کاربردهای ثابت و سیار مناسب است. علاوه بر این، مواد MH همچنین ویژگی های ایمنی مانند ذخیره سازی کارآمد با ظرفیت زیاد را ارائه می دهند.با این حال، مشکلی وجود دارد که بهره‌وری MG را محدود می‌کند: هدایت حرارتی کم راکتور MG منجر به جذب و دفع آهسته هیدروژن می‌شود.
انتقال حرارت مناسب در طی واکنش های گرمازا و گرمازا، کلید بهبود عملکرد راکتورهای MH است.برای فرآیند بارگیری هیدروژن، گرمای تولید شده باید از راکتور حذف شود تا جریان بارگیری هیدروژن با حداکثر ظرفیت ذخیره سازی با سرعت مطلوب کنترل شود.در عوض، گرما برای افزایش سرعت تکامل هیدروژن در طول تخلیه مورد نیاز است.به منظور بهبود عملکرد انتقال گرما و جرم، بسیاری از محققان طراحی و بهینه‌سازی را بر اساس عوامل متعددی مانند پارامترهای عملیاتی، ساختار MG و بهینه‌سازی MG11 مورد مطالعه قرار داده‌اند.بهینه سازی MG را می توان با افزودن مواد رسانایی حرارتی بالا مانند فلزات فوم به لایه های MG 12،13 انجام داد.بنابراین، هدایت حرارتی موثر را می توان از 0.1 به 2 W/mK10 افزایش داد.با این حال، افزودن مواد جامد به طور قابل توجهی قدرت راکتور MN را کاهش می دهد.با توجه به پارامترهای عملیاتی، می توان با بهینه سازی شرایط عملیاتی اولیه لایه MG و خنک کننده (HTF) به بهبودها دست یافت.ساختار MG را می توان با توجه به هندسه راکتور و طراحی مبدل حرارتی بهینه کرد.با توجه به پیکربندی مبدل حرارتی راکتور MH، روش ها را می توان به دو نوع تقسیم کرد.اینها مبدل های حرارتی داخلی هستند که در لایه MO تعبیه شده اند و مبدل های حرارتی خارجی که لایه MO را پوشش می دهند مانند پره ها، ژاکت های خنک کننده و حمام های آب هستند.با توجه به مبدل حرارتی خارجی، Kaplan16 عملکرد راکتور MH را با استفاده از آب خنک کننده به عنوان یک پوشش برای کاهش دمای داخل راکتور تجزیه و تحلیل کرد.نتایج با یک راکتور 22 پره گرد و یک راکتور دیگر که توسط همرفت طبیعی خنک شده است مقایسه شد.آنها بیان می کنند که وجود یک ژاکت خنک کننده به طور قابل توجهی دمای MH را کاهش می دهد و در نتیجه نرخ جذب را افزایش می دهد.مطالعات عددی راکتور MH پوشیده از آب توسط Patil و Gopal17 نشان داده است که فشار عرضه هیدروژن و دمای HTF پارامترهای کلیدی موثر بر میزان جذب و دفع هیدروژن هستند.
افزایش ناحیه انتقال حرارت با افزودن پره ها و مبدل های حرارتی تعبیه شده در MH، کلید بهبود عملکرد انتقال گرما و جرم و در نتیجه عملکرد ذخیره سازی MH18 است.چندین پیکربندی مبدل حرارتی داخلی (لوله مستقیم و سیم پیچ مارپیچی) برای گردش مایع خنک کننده در راکتور MH19,20,21,22,23,24,25,26 طراحی شده است.با استفاده از یک مبدل حرارتی داخلی، مایع خنک‌کننده یا گرم‌کننده، گرمای موضعی را در داخل راکتور MH در طی فرآیند جذب هیدروژن منتقل می‌کند.راجو و کومار [27] از چندین لوله مستقیم به عنوان مبدل حرارتی برای بهبود عملکرد MG استفاده کردند.نتایج آنها نشان داد که زمانی که از لوله های مستقیم به عنوان مبدل حرارتی استفاده می شد، زمان جذب کاهش می یابد.علاوه بر این، استفاده از لوله های مستقیم زمان دفع هیدروژن را کوتاه می کند28.نرخ جریان مایع خنک‌کننده بالاتر، سرعت شارژ و تخلیه هیدروژن را افزایش می‌دهد.با این حال، افزایش تعداد لوله های خنک کننده به جای سرعت جریان مایع خنک کننده، تأثیر مثبتی بر عملکرد MH دارد.راجو و همکاران 32 از LaMi4.7Al0.3 به عنوان ماده MH برای مطالعه عملکرد مبدل های حرارتی چند لوله ای در راکتورها استفاده کردند.آنها گزارش دادند که پارامترهای عملیاتی تأثیر قابل توجهی بر فرآیند جذب، به ویژه فشار تغذیه و سپس نرخ جریان HTF داشتند.با این حال، دمای جذب کمتر بحرانی بود.
عملکرد راکتور MH با استفاده از یک مبدل حرارتی سیم پیچ مارپیچی به دلیل انتقال حرارت بهبود یافته در مقایسه با لوله های مستقیم بهبود می یابد.این به این دلیل است که چرخه ثانویه بهتر می تواند گرما را از راکتور 25 حذف کند.علاوه بر این، لوله های مارپیچی سطح بزرگی را برای انتقال حرارت از لایه MH به خنک کننده فراهم می کنند.هنگامی که این روش در داخل راکتور معرفی می شود، توزیع لوله های تبادل حرارتی نیز یکنواخت تر می شود.وانگ و همکاران34 اثر مدت زمان جذب هیدروژن را با افزودن یک سیم پیچ مارپیچ به راکتور MH مطالعه کرد.نتایج آنها نشان می دهد که با افزایش ضریب انتقال حرارت مایع خنک کننده، زمان جذب کاهش می یابد.وو و همکاران25 عملکرد راکتورهای MH مبتنی بر Mg2Ni و مبدل های حرارتی سیم پیچی را بررسی کرد.مطالعات عددی آنها کاهش زمان واکنش را نشان داده است.بهبود مکانیسم انتقال حرارت در راکتور MN بر اساس نسبت کوچکتر گام پیچ به گام پیچ و گام پیچ بدون بعد است.یک مطالعه تجربی توسط Mellouli و همکاران 21 با استفاده از یک سیم پیچ سیم پیچ به عنوان یک مبدل حرارتی داخلی نشان داد که دمای شروع HTF تأثیر قابل توجهی در بهبود جذب هیدروژن و زمان دفع دارد.ترکیبی از مبدل های حرارتی داخلی مختلف در چندین مطالعه انجام شده است.ایساپور و همکاران35 ذخیره سازی هیدروژن را با استفاده از یک مبدل حرارتی سیم پیچ مارپیچی با یک لوله برگشت مرکزی برای بهبود فرآیند جذب هیدروژن مورد مطالعه قرار دادند.نتایج آنها نشان داد که لوله مارپیچ و لوله برگشت مرکزی به طور قابل توجهی انتقال حرارت بین خنک کننده و MG را بهبود می بخشد.گام کوچکتر و قطر بزرگتر لوله مارپیچی سرعت انتقال گرما و جرم را افزایش می دهد.اردهایی و همکاران36 از لوله های مارپیچی مسطح به عنوان مبدل حرارتی برای بهبود انتقال حرارت در راکتور استفاده کردند.آنها گزارش دادند که مدت زمان جذب با افزایش تعداد صفحات لوله مارپیچی مسطح کاهش یافت.ترکیبی از مبدل های حرارتی داخلی مختلف در چندین مطالعه انجام شده است.داو و همکاران37 عملکرد MH را با استفاده از مبدل حرارتی سیم پیچ و پره ها بهبود بخشید.نتایج آنها نشان می دهد که این روش زمان پر شدن هیدروژن را در مقایسه با حالت بدون باله 2 برابر کاهش می دهد.باله های حلقوی با لوله های خنک کننده ترکیب شده و در راکتور MN ساخته می شوند.نتایج این مطالعه نشان می دهد که این روش ترکیبی انتقال حرارت یکنواخت تری را در مقایسه با راکتور MH بدون باله فراهم می کند.با این حال، ترکیب مبدل های حرارتی مختلف بر وزن و حجم راکتور MH تأثیر منفی می گذارد.Wu و همکاران 18 پیکربندی های مختلف مبدل حرارتی را مقایسه کردند.اینها شامل لوله های مستقیم، باله ها و کویل های مارپیچی است.نویسندگان گزارش می دهند که سیم پیچ های مارپیچی بهترین پیشرفت ها را در انتقال گرما و جرم ارائه می دهند.علاوه بر این، در مقایسه با لوله های مستقیم، لوله های سیم پیچ و لوله های مستقیم همراه با لوله های سیم پیچ، سیم پیچ های دوتایی تاثیر بهتری در بهبود انتقال حرارت دارند.مطالعه ای توسط سخار و همکاران.40 نشان داد که بهبود مشابهی در جذب هیدروژن با استفاده از یک سیم پیچ مارپیچی به عنوان مبدل حرارتی داخلی و یک ژاکت خنک کننده خارجی پره دار به دست آمد.
از نمونه هایی که در بالا ذکر شد، استفاده از کویل های مارپیچی به عنوان مبدل های حرارتی داخلی، بهبود انتقال گرما و جرم بهتری را نسبت به سایر مبدل های حرارتی، به ویژه لوله ها و پره های مستقیم، فراهم می کند.بنابراین، هدف از این مطالعه توسعه بیشتر سیم پیچ مارپیچی برای بهبود عملکرد انتقال حرارت بود.برای اولین بار، یک سیم پیچ نیمه استوانه ای جدید بر اساس سیم پیچ مارپیچ ذخیره سازی MH معمولی ساخته شده است.انتظار می رود این مطالعه با در نظر گرفتن یک طراحی مبدل حرارتی جدید با طرح منطقه انتقال حرارت بهتر ارائه شده توسط حجم ثابت بستر MH و لوله های HTF، عملکرد ذخیره سازی هیدروژن را بهبود بخشد.سپس عملکرد ذخیره سازی این مبدل حرارتی جدید با مبدل های حرارتی سیم پیچ مارپیچی معمولی بر اساس گام های سیم پیچ مختلف مقایسه شد.با توجه به ادبیات موجود، شرایط عملیاتی و فاصله سیم پیچ ها عوامل اصلی موثر بر عملکرد راکتورهای MH هستند.برای بهینه سازی طراحی این مبدل حرارتی جدید، اثر فاصله سیم پیچ بر زمان جذب هیدروژن و حجم MH مورد بررسی قرار گرفت.علاوه بر این، به منظور درک رابطه بین سیم‌پیچ‌های نیم استوانه‌ای جدید و شرایط عملیاتی، هدف ثانویه این مطالعه، بررسی ویژگی‌های راکتور با توجه به محدوده‌های مختلف پارامترهای عملیاتی و تعیین مقادیر مناسب برای هر کارکرد بود. حالتپارامتر.
عملکرد دستگاه ذخیره‌سازی انرژی هیدروژن در این مطالعه بر اساس دو پیکربندی مبدل حرارتی (شامل لوله‌های مارپیچی در موارد 1 تا 3 و لوله‌های نیمه استوانه‌ای در موارد 4 تا 6) و تحلیل حساسیت پارامترهای عملیاتی بررسی شده است.کارایی راکتور MH برای اولین بار با استفاده از یک لوله مارپیچی به عنوان مبدل حرارتی آزمایش شد.هر دو لوله روغن خنک کننده و مخزن راکتور MH از فولاد ضد زنگ ساخته شده اند.لازم به ذکر است که ابعاد راکتور MG و قطر لوله‌های GTF در همه موارد ثابت بوده، در حالی که اندازه پله‌های GTF متفاوت است.این بخش تأثیر اندازه پیچ سیم پیچ های HTF را تجزیه و تحلیل می کند.ارتفاع و قطر بیرونی راکتور به ترتیب 110 میلی متر و 156 میلی متر بود.قطر لوله روغن رسانای گرما 6 میلی متر تعیین شده است.برای جزئیات بیشتر در مورد نمودار مدار راکتور MH با لوله های مارپیچی و دو لوله نیمه استوانه ای به بخش تکمیلی مراجعه کنید.
روی انجیر1a راکتور لوله مارپیچی MH و ابعاد آن را نشان می دهد.تمام پارامترهای هندسی در جدول آورده شده است.1. حجم کل مارپیچ و حجم ZG به ترتیب تقریباً 100 سانتی متر مکعب و 2000 سانتی متر مکعب است.از این راکتور MH، هوا به شکل HTF از زیر از طریق یک لوله مارپیچی به راکتور متخلخل MH وارد شد و هیدروژن از سطح بالایی راکتور وارد شد.
خصوصیات هندسه های انتخاب شده برای راکتورهای هیدرید فلزیالف) با مبدل حرارتی لوله ای مارپیچی، ب) با مبدل حرارتی لوله ای نیمه استوانه ای.
بخش دوم به بررسی عملکرد راکتور MH بر اساس یک لوله نیمه استوانه ای به عنوان مبدل حرارتی می پردازد.روی انجیر1b راکتور MN با دو لوله نیمه استوانه ای و ابعاد آنها را نشان می دهد.جدول 1 تمام پارامترهای هندسی لوله های نیمه استوانه ای را فهرست می کند که ثابت می مانند، به استثنای فاصله بین آنها.لازم به ذکر است که لوله نیمه استوانه ای در مورد 4 با حجم ثابت لوله HTF و آلیاژ MH در لوله سیم پیچ طراحی شده است (گزینه 3).در مورد انجیر.1b، هوا نیز از پایین دو لوله HTF نیمه استوانه ای وارد شد و هیدروژن از جهت مخالف راکتور MH وارد شد.
با توجه به طراحی جدید مبدل حرارتی، هدف این بخش تعیین مقادیر اولیه مناسب برای پارامترهای عملیاتی راکتور MH در ترکیب با SCHE می باشد.در تمام موارد، هوا به عنوان خنک کننده برای حذف گرما از راکتور استفاده می شد.در میان روغن های انتقال حرارت، هوا و آب به دلیل هزینه کم و اثرات زیست محیطی کم، معمولاً به عنوان روغن های انتقال حرارت برای راکتورهای MH انتخاب می شوند.با توجه به دامنه دمای عملیاتی بالای آلیاژهای مبتنی بر منیزیم، هوا به عنوان خنک کننده در این مطالعه انتخاب شد.علاوه بر این، نسبت به سایر فلزات مایع و نمک های مذاب، ویژگی های جریان بهتری نیز دارد.جدول 2 خواص هوا را در 573 K فهرست می کند. برای تجزیه و تحلیل حساسیت در این بخش، تنها بهترین تنظیمات گزینه های عملکرد MH-SCHE (در موارد 4 تا 6) اعمال می شود.تخمین های این بخش بر اساس پارامترهای عملیاتی مختلف از جمله دمای اولیه راکتور MH، فشار بارگیری هیدروژن، دمای ورودی HTF و عدد رینولدز محاسبه شده با تغییر نرخ HTF است.جدول 3 شامل تمام پارامترهای عملیاتی مورد استفاده برای تجزیه و تحلیل حساسیت است.
در این بخش تمامی معادلات کنترلی لازم برای فرآیند جذب هیدروژن، آشفتگی و انتقال حرارت خنک کننده ها توضیح داده شده است.
برای ساده کردن محلول واکنش جذب هیدروژن، مفروضات زیر ساخته و ارائه شده است.
در طول جذب، خواص ترموفیزیکی هیدروژن و هیدریدهای فلز ثابت است.
هیدروژن یک گاز ایده آل در نظر گرفته می شود، بنابراین شرایط تعادل حرارتی محلی 43،44 در نظر گرفته می شود.
که در آن \({L}_{گاز}\) شعاع مخزن و \({L}_{گرما}\) ارتفاع محوری مخزن است.هنگامی که N کمتر از 0.0146 باشد، جریان هیدروژن در مخزن را می توان در شبیه سازی بدون خطای قابل توجه نادیده گرفت.بر اساس تحقیقات فعلی، N بسیار کمتر از 0.1 است.بنابراین، اثر گرادیان فشار را می توان نادیده گرفت.
دیوارهای راکتور در همه موارد به خوبی عایق بندی شده بودند.بنابراین تبادل حرارت 47 بین راکتور و محیط وجود ندارد.
به خوبی شناخته شده است که آلیاژهای مبتنی بر منیزیم دارای ویژگی های هیدروژناسیون خوب و ظرفیت ذخیره سازی هیدروژن بالا تا 7.6 درصد وزنی هستند.از نظر کاربردهای ذخیره هیدروژن حالت جامد، این آلیاژها به عنوان مواد سبک وزن نیز شناخته می شوند.علاوه بر این، آنها مقاومت حرارتی عالی و فرآیند پذیری خوبی دارند.در میان چندین آلیاژ مبتنی بر Mg، آلیاژ MgNi مبتنی بر Mg2Ni به دلیل ظرفیت ذخیره‌سازی هیدروژن تا 6 درصد وزنی، یکی از مناسب‌ترین گزینه‌ها برای ذخیره‌سازی MH است.آلیاژهای Mg2Ni همچنین در مقایسه با آلیاژ MgH48، سینتیک جذب و دفع سریع‌تری را ارائه می‌کنند.بنابراین، Mg2Ni به عنوان ماده هیدرید فلز در این مطالعه انتخاب شد.
معادله انرژی بر اساس تعادل حرارتی بین هیدروژن و هیدرید Mg2Ni به صورت 25 بیان می شود:
X مقدار هیدروژن جذب شده روی سطح فلز است، واحد \(وزن\%\) است که از معادله جنبشی \(\frac{dX}{dt}\) در طول جذب به صورت زیر محاسبه می‌شود.
که در آن \({C}_{a}\) سرعت واکنش و \({E}_{a}\) انرژی فعال‌سازی است.\({P}_{a,eq}\) فشار تعادلی درون راکتور هیدرید فلز در طول فرآیند جذب است که توسط معادله وانت هاف به صورت زیر ارائه می‌شود:
جایی که \({P}_{ref}\) فشار مرجع 0.1 مگاپاسکال است.\(\Delta H\) و \(\Delta S\) به ترتیب آنتالپی و آنتروپی واکنش هستند.خواص آلیاژهای Mg2Ni و هیدروژن در جدول ارائه شده است.4. لیست نامگذاری شده را می توان در قسمت تکمیلی یافت.
جریان سیال آشفته در نظر گرفته می شود زیرا سرعت آن و عدد رینولدز (Re) به ترتیب 78.75 ms-1 و 14000 است.در این مطالعه، مدل آشفتگی k-ε قابل دستیابی انتخاب شد.خاطرنشان می شود که این روش در مقایسه با سایر روش های k-ε دقت بالاتری را ارائه می دهد و همچنین به زمان محاسبات کمتری نسبت به روش های RNG k-ε50,51 نیاز دارد.برای جزئیات بیشتر در مورد معادلات اساسی برای سیالات انتقال حرارت، به بخش تکمیلی مراجعه کنید.
در ابتدا، رژیم دما در راکتور MN یکنواخت بود و میانگین غلظت هیدروژن 0.043 بود.فرض بر این است که مرز بیرونی راکتور MH به خوبی عایق بندی شده است.آلیاژهای مبتنی بر منیزیم معمولاً به دمای عملیاتی واکنش بالا برای ذخیره و آزادسازی هیدروژن در راکتور نیاز دارند.آلیاژ Mg2Ni به محدوده دمایی 523 تا 603 کلوین برای حداکثر جذب و محدوده دمایی 573 تا 603 کلوین برای دفع کامل نیاز دارد.با این حال، مطالعات تجربی توسط Muthukumar و همکاران 53 نشان داد که حداکثر ظرفیت ذخیره‌سازی Mg2Ni برای ذخیره‌سازی هیدروژن را می‌توان در دمای عملیاتی 573 K به دست آورد که با ظرفیت نظری آن مطابقت دارد.بنابراین دمای 573 کلوین به عنوان دمای اولیه راکتور MN در این مطالعه انتخاب شد.
برای اعتبارسنجی و نتایج قابل اعتماد، اندازه‌های شبکه مختلف ایجاد کنید.روی انجیر2 میانگین دما را در مکان های انتخاب شده در فرآیند جذب هیدروژن از چهار عنصر مختلف نشان می دهد.شایان ذکر است که تنها یک مورد از هر پیکربندی برای آزمایش استقلال شبکه به دلیل هندسه مشابه انتخاب می شود.همین روش مش بندی در موارد دیگر نیز اعمال می شود.بنابراین برای لوله مارپیچ گزینه 1 و برای لوله نیمه استوانه ای گزینه 4 را انتخاب کنید.روی انجیر2a، b میانگین دمای راکتور را برای گزینه های 1 و 4 به ترتیب نشان می دهد.سه مکان انتخاب شده نشان دهنده خطوط دمای بستر در بالا، وسط و پایین راکتور هستند.بر اساس خطوط دما در مکان‌های انتخاب‌شده، دمای متوسط ​​پایدار می‌شود و به ترتیب در موارد 1 و 4 تغییر کمی در عناصر 428891 و 430599 نشان می‌دهد.بنابراین، این اندازه های شبکه برای محاسبات محاسباتی بیشتر انتخاب شدند.اطلاعات دقیق در مورد میانگین دمای بستر برای فرآیند جذب هیدروژن برای اندازه های مختلف سلول و مش های تصفیه شده متوالی برای هر دو مورد در بخش تکمیلی آورده شده است.
میانگین دمای بستر در نقاط انتخاب شده در فرآیند جذب هیدروژن در یک راکتور هیدرید فلزی با اعداد شبکه متفاوت.(الف) میانگین دما در مکان‌های انتخاب‌شده برای مورد 1 و (ب) میانگین دما در مکان‌های انتخاب‌شده برای مورد 4.
راکتور هیدرید فلز مبتنی بر منیزیم در این مطالعه بر اساس نتایج تجربی Muthukumar و همکاران 53 مورد آزمایش قرار گرفت.آنها در مطالعه خود از آلیاژ Mg2Ni برای ذخیره هیدروژن در لوله های فولادی ضد زنگ استفاده کردند.از پره های مسی برای بهبود انتقال حرارت در داخل راکتور استفاده می شود.روی انجیر3a مقایسه میانگین دمای بستر فرآیند جذب را بین مطالعه تجربی و این مطالعه نشان می دهد.شرایط عملیاتی انتخاب شده برای این آزمایش عبارتند از: دمای اولیه MG 573 K و فشار ورودی 2 MPa.از انجیر3a می توان به وضوح نشان داد که این نتیجه تجربی با توجه به دمای متوسط ​​لایه مطابقت خوبی با نتیجه فعلی دارد.
تایید مدل(الف) تأیید کد راکتور هیدرید فلز Mg2Ni با مقایسه مطالعه فعلی با کار تجربی Muthukumar و همکاران. .تحقیق.54.
برای آزمایش مدل آشفتگی، نتایج این مطالعه با نتایج تجربی کومار و همکاران 54 مقایسه شد تا صحت مدل تلاطم انتخابی تایید شود.کومار و همکاران 54 جریان آشفته را در یک مبدل حرارتی مارپیچی لوله در لوله مطالعه کردند.آب به عنوان مایع سرد و گرم که از طرف مقابل تزریق می شود استفاده می شود.دمای مایع سرد و گرم به ترتیب 323 کلوین و 300 کلوین است.اعداد رینولدز برای مایعات گرم از 3100 تا 5700 و برای مایعات سرد از 21000 تا 35000 متغیر است.شماره Dean برای مایعات گرم 550-1000 و برای مایعات سرد 3600-6000 است.قطر لوله داخلی (برای مایع داغ) و لوله بیرونی (برای مایع سرد) به ترتیب 0.0254 متر و 0.0508 متر است.قطر و گام سیم پیچ مارپیچ به ترتیب 0.762 متر و 0.100 متر است.روی انجیر3b مقایسه نتایج تجربی و فعلی را برای جفت های مختلف عدد ناسلت و دین برای خنک کننده در لوله داخلی نشان می دهد.سه مدل توربولانس مختلف اجرا و با نتایج تجربی مقایسه شد.همانطور که در شکل نشان داده شده است.3b، نتایج مدل آشفتگی k-ε قابل دستیابی با داده های تجربی مطابقت خوبی دارد.بنابراین، این مدل در این پژوهش انتخاب شد.
شبیه‌سازی‌های عددی در این مطالعه با استفاده از ANSYS Fluent 2020 R2 انجام شد.یک تابع تعریف شده توسط کاربر (UDF) بنویسید و از آن به عنوان عبارت ورودی معادله انرژی برای محاسبه سینتیک فرآیند جذب استفاده کنید.مدار PRESTO55 و روش PISO56 برای ارتباط فشار و سرعت و اصلاح فشار استفاده می شود.یک پایه سلول گرین-گاوس برای گرادیان متغیر انتخاب کنید.معادلات تکانه و انرژی با روش مرتبه دوم باد بالا حل می شود.با توجه به ضرایب زیر آرامش، مولفه های فشار، سرعت و انرژی به ترتیب 0.5، 0.7 و 0.7 تنظیم می شوند.توابع استاندارد دیوار برای HTF در مدل آشفتگی اعمال می شود.
این بخش نتایج شبیه‌سازی‌های عددی بهبود انتقال حرارت داخلی یک راکتور MH را با استفاده از مبدل حرارتی سیم‌پیچ (HCHE) و مبدل حرارتی سیم‌پیچ مارپیچی (SCHE) در طول جذب هیدروژن ارائه می‌کند.اثر زمین HTF بر دمای بستر راکتور و مدت زمان جذب مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت.پارامترهای عملیاتی اصلی فرآیند جذب در بخش تحلیل حساسیت مطالعه و ارائه شده است.
برای بررسی اثر فاصله سیم پیچ بر انتقال حرارت در یک راکتور MH، سه پیکربندی مبدل حرارتی با گام های مختلف مورد بررسی قرار گرفت.سه گام مختلف 15 میلی متری، 12.86 میلی متری و 10 میلی متری به ترتیب بدنه 1، بدنه 2 و بدنه 3 تعیین شده اند.لازم به ذکر است که قطر لوله در 6 میلی متر در دمای اولیه 573 کلوین و فشار بارگذاری 1.8 مگاپاسکال در تمام موارد ثابت شد.روی انجیر4 میانگین دمای بستر و غلظت هیدروژن در لایه MH را در طی فرآیند جذب هیدروژن در موارد 1 تا 3 نشان می‌دهد. به طور معمول، واکنش بین هیدرید فلز و هیدروژن نسبت به فرآیند جذب گرمازا است.بنابراین دمای بستر به دلیل لحظه اولیه ورود هیدروژن به راکتور به سرعت افزایش می یابد.دمای بستر افزایش می‌یابد تا به حداکثر مقدار برسد و سپس با انتقال گرما توسط مایع خنک‌کننده که دمای پایین‌تری دارد و به عنوان خنک‌کننده عمل می‌کند، به تدریج کاهش می‌یابد.همانطور که در شکل نشان داده شده است.4a، با توجه به توضیحات قبلی، دمای لایه به سرعت افزایش می یابد و به طور مداوم کاهش می یابد.غلظت هیدروژن برای فرآیند جذب معمولاً بر اساس دمای بستر راکتور MH است.هنگامی که دمای متوسط ​​لایه به دمای مشخصی کاهش می یابد، سطح فلز هیدروژن را جذب می کند.این به دلیل تسریع فرآیندهای جذب فیزیکی، جذب شیمیایی، انتشار هیدروژن و تشکیل هیدریدهای آن در راکتور است.از انجیر4b می توان مشاهده کرد که میزان جذب هیدروژن در مورد 3 به دلیل مقدار گام کوچکتر مبدل حرارتی سیم پیچ کمتر از سایر موارد است.این منجر به طول کلی لوله بیشتر و منطقه انتقال حرارت بزرگتر برای لوله های HTF می شود.با میانگین غلظت هیدروژن 90 درصد، زمان جذب برای مورد 1 46276 ثانیه است.در مقایسه با مدت زمان جذب در مورد 1، مدت جذب در موارد 2 و 3 به ترتیب 724 ثانیه و 1263 ثانیه کاهش یافت.بخش تکمیلی کانتورهای دما و غلظت هیدروژن را برای مکان های انتخاب شده در لایه HCHE-MH ارائه می دهد.
تأثیر فاصله بین سیم پیچ ها بر میانگین دمای لایه و غلظت هیدروژن.(الف) میانگین دمای بستر برای سیم پیچ های مارپیچ، (ب) غلظت هیدروژن برای سیم پیچ های مارپیچ، (ج) دمای بستر متوسط ​​برای سیم پیچ های نیم استوانه ای، و (د) غلظت هیدروژن برای سیم پیچ های نیم استوانه ای.
برای بهبود ویژگی‌های انتقال حرارت راکتور MG، دو HFC برای حجم ثابت MG (2000 سانتی‌متر مکعب) و یک مبدل حرارتی مارپیچی (100 سانتی‌متر مکعب) از گزینه 3 طراحی شد. این بخش همچنین تأثیر فاصله بین سیم پیچ 15 میلی متر برای مورد 4، 12.86 میلی متر برای مورد 5 و 10 میلی متر برای مورد 6. در شکل.4c,d میانگین دمای بستر و غلظت فرآیند جذب هیدروژن را در دمای اولیه 573 کلوین و فشار بارگذاری 1.8 مگاپاسکال نشان می دهد.با توجه به میانگین دمای لایه در شکل 4c، فاصله کمتر بین سیم پیچ ها در مورد 6 دما را به طور قابل توجهی در مقایسه با دو مورد دیگر کاهش می دهد.برای مورد 6، دمای بستر کمتر منجر به غلظت هیدروژن بالاتر می شود (شکل 4d را ببینید).زمان جذب هیدروژن برای نوع 4 19542 ثانیه است که بیش از 2 برابر کمتر از انواع 1-3 با استفاده از HCH است.علاوه بر این، نسبت به مورد 4، زمان جذب نیز در موارد 5 و 6 با فواصل کمتر به میزان 378 ثانیه و 1515 ثانیه کاهش یافت.بخش تکمیلی کانتورهای دما و غلظت هیدروژن را برای مکان های انتخاب شده در لایه SCHE-MH ارائه می دهد.
برای مطالعه عملکرد دو پیکربندی مبدل حرارتی، این بخش منحنی های دما را در سه مکان انتخاب شده ترسیم و ارائه می کند.راکتور MH با HCHE از مورد 3 برای مقایسه با راکتور MH حاوی SCHE در مورد 4 انتخاب شد زیرا دارای حجم MH و حجم لوله ثابت است.شرایط عملیاتی برای این مقایسه دمای اولیه 573 کلوین و فشار بارگذاری 1.8 مگاپاسکال بود.روی انجیر5a و 5b هر سه موقعیت انتخابی پروفیل های دما را به ترتیب در موارد 3 و 4 نشان می دهد.روی انجیر5c مشخصات دما و غلظت لایه را پس از 20000 ثانیه جذب هیدروژن نشان می دهد.مطابق خط 1 در شکل 5c، دمای اطراف TTF از گزینه های 3 و 4 به دلیل انتقال حرارت همرفتی مایع خنک کننده کاهش می یابد.این منجر به غلظت بالاتر هیدروژن در اطراف این ناحیه می شود.با این حال، استفاده از دو SCHE منجر به غلظت لایه بالاتر می شود.پاسخ‌های جنبشی سریع‌تری در اطراف ناحیه HTF در مورد 4 پیدا شد. علاوه بر این، حداکثر غلظت 100٪ نیز در این منطقه یافت شد.از خط 2 واقع در وسط راکتور، دمای مورد 4 به طور قابل توجهی کمتر از دمای مورد 3 در همه مکان ها به جز مرکز راکتور است.این منجر به حداکثر غلظت هیدروژن برای مورد 4 به جز برای منطقه نزدیک به مرکز راکتور دور از HTF می شود.اما غلظت مورد 3 تغییر چندانی نکرد.تفاوت زیادی در دما و غلظت لایه در خط 3 در نزدیکی ورودی GTS مشاهده شد.دمای لایه در مورد 4 به طور قابل توجهی کاهش یافت و در نتیجه بیشترین غلظت هیدروژن در این منطقه ایجاد شد، در حالی که خط غلظت در مورد 3 همچنان در نوسان بود.این به دلیل تسریع انتقال حرارت SCHE است.جزئیات و بحث مقایسه میانگین دمای لایه MH و لوله HTF بین حالت 3 و مورد 4 در قسمت تکمیلی ارائه شده است.
مشخصات دما و غلظت بستر در مکان های انتخاب شده در راکتور هیدرید فلز.(الف) مکان های انتخاب شده برای مورد 3، (ب) مکان های انتخاب شده برای مورد 4، و (ج) مشخصات دما و غلظت لایه در مکان های انتخاب شده پس از 20000 ثانیه برای فرآیند جذب هیدروژن در موارد 3 و 4.
روی انجیرشکل 6 مقایسه میانگین دمای بستر (نگاه کنید به شکل 6a) و غلظت هیدروژن (نگاه کنید به شکل 6b) برای جذب HCH و SHE را نشان می دهد.از این شکل می توان دریافت که دمای لایه MG به دلیل افزایش ناحیه تبادل حرارت به میزان قابل توجهی کاهش می یابد.حذف گرمای بیشتر از راکتور منجر به نرخ جذب هیدروژن بالاتر می شود.اگرچه دو پیکربندی مبدل حرارتی در مقایسه با استفاده از HCHE به عنوان گزینه 3 دارای حجم یکسانی هستند، زمان جذب هیدروژن SCHE بر اساس گزینه 4 به میزان قابل توجهی 59٪ کاهش یافت.برای تجزیه و تحلیل دقیق تر، غلظت هیدروژن برای دو پیکربندی مبدل حرارتی به صورت ایزولین در شکل 7 نشان داده شده است. این شکل نشان می دهد که در هر دو مورد، هیدروژن شروع به جذب از پایین در اطراف ورودی HTF می کند.غلظت های بالاتر در منطقه HTF یافت شد، در حالی که غلظت های پایین تر در مرکز راکتور MH به دلیل فاصله آن از مبدل حرارتی مشاهده شد.پس از 10000 ثانیه، غلظت هیدروژن در مورد 4 به طور قابل توجهی بیشتر از مورد 3 است. پس از 20000 ثانیه، میانگین غلظت هیدروژن در راکتور به 90 درصد در مورد 4 در مقایسه با 50 درصد هیدروژن در مورد 3 افزایش یافته است. به ظرفیت خنک کنندگی موثر بالاتر از ترکیب دو SCHE که منجر به دمای پایین تر در داخل لایه MH می شود.در نتیجه، فشار تعادل بیشتری در داخل لایه MG می افتد که منجر به جذب سریعتر هیدروژن می شود.
مورد 3 و مورد 4 مقایسه میانگین دمای بستر و غلظت هیدروژن بین دو پیکربندی مبدل حرارتی.
مقایسه غلظت هیدروژن پس از 500، 2000، 5000، 10000 و 20000 ثانیه پس از شروع فرآیند جذب هیدروژن در مورد 3 و مورد 4.
جدول 5 مدت زمان جذب هیدروژن را برای همه موارد خلاصه می کند.علاوه بر این، جدول زمان جذب هیدروژن را نیز به صورت درصد نشان می دهد.این درصد بر اساس زمان جذب مورد 1 محاسبه می شود. از این جدول زمان جذب راکتور MH با استفاده از HCHE حدود 45000 تا 46000 ثانیه و زمان جذب با احتساب SCHE حدود 18000 تا 19000 ثانیه است.در مقایسه با مورد 1، زمان جذب در مورد 2 و مورد 3 به ترتیب تنها 1.6% و 2.7% کاهش یافت.هنگام استفاده از SCHE به جای HCHE، زمان جذب به طور قابل توجهی از مورد 4 به مورد 6 کاهش یافت، از 58٪ به 61٪.واضح است که افزودن SCHE به راکتور MH فرآیند جذب هیدروژن و عملکرد راکتور MH را تا حد زیادی بهبود می بخشد.اگرچه نصب مبدل حرارتی در داخل راکتور MH ظرفیت ذخیره سازی را کاهش می دهد، اما این فناوری بهبود قابل توجهی در انتقال حرارت نسبت به سایر فناوری ها ایجاد می کند.همچنین کاهش مقدار گام باعث افزایش حجم SCHE و در نتیجه کاهش حجم MH می شود.در مورد 6 با بالاترین حجم SCHE، ظرفیت حجمی MH تنها 5 درصد در مقایسه با مورد 1 با کمترین حجم HCHE کاهش یافت.علاوه بر این، در طول جذب، مورد 6 عملکرد سریعتر و بهتری با کاهش 61 درصدی زمان جذب نشان داد.بنابراین مورد 6 برای بررسی بیشتر در تحلیل حساسیت انتخاب شد.لازم به ذکر است که زمان طولانی جذب هیدروژن با یک مخزن ذخیره حاوی حجم MH حدود 2000 سانتی متر مکعب مرتبط است.
پارامترهای عملیاتی در طول واکنش عوامل مهمی هستند که به طور مثبت یا منفی بر عملکرد راکتور MH در شرایط واقعی تأثیر می‌گذارند.این مطالعه یک تجزیه و تحلیل حساسیت را برای تعیین پارامترهای عملیاتی اولیه مناسب برای یک راکتور MH در ترکیب با SCHE در نظر می‌گیرد و این بخش چهار پارامتر عملیاتی اصلی را بر اساس پیکربندی بهینه راکتور در مورد 6 بررسی می‌کند. نتایج برای همه شرایط عملیاتی در زیر نشان داده شده است. شکل 8.
نمودار غلظت هیدروژن در شرایط عملیاتی مختلف هنگام استفاده از مبدل حرارتی با سیم پیچ نیمه استوانه ای.(الف) فشار بارگذاری، (ب) دمای بستر اولیه، (ج) عدد رینولدز خنک کننده، و (د) دمای ورودی مایع خنک کننده.
بر اساس دمای اولیه ثابت 573 کلوین و نرخ جریان خنک کننده با عدد رینولدز 14000، چهار فشار بارگذاری مختلف انتخاب شد: 1.2 مگاپاسکال، 1.8 مگاپاسکال، 2.4 مگاپاسکال و 3.0 مگاپاسکال.روی انجیر8a اثر فشار بارگذاری و SCHE را بر غلظت هیدروژن در طول زمان نشان می دهد.زمان جذب با افزایش فشار بارگذاری کاهش می یابد.استفاده از فشار هیدروژن اعمال شده 1.2 مگاپاسکال بدترین حالت برای فرآیند جذب هیدروژن است و مدت زمان جذب بیش از 26000 ثانیه برای رسیدن به 90٪ جذب هیدروژن است.با این حال، فشار بارگذاری بالاتر منجر به کاهش 32-42٪ در زمان جذب از 1.8 به 3.0 مگاپاسکال شد.این به دلیل فشار اولیه بالاتر هیدروژن است که منجر به اختلاف بیشتر بین فشار تعادلی و فشار اعمال شده می شود.بنابراین، این یک نیروی محرکه بزرگ برای سینتیک جذب هیدروژن ایجاد می کند.در لحظه اولیه، به دلیل اختلاف زیاد بین فشار تعادلی و فشار اعمالی، گاز هیدروژن به سرعت جذب می شود.در فشار بارگذاری 3.0 مگاپاسکال، 18 درصد هیدروژن به سرعت در 10 ثانیه اول انباشته شد.هیدروژن در 90 درصد راکتورها در مرحله نهایی به مدت 15460 ثانیه ذخیره شد.با این حال، در فشار بارگذاری 1.2 تا 1.8 مگاپاسکال، زمان جذب به طور قابل توجهی 32٪ کاهش یافت.سایر فشارهای بالاتر تأثیر کمتری بر بهبود زمان جذب داشتند.بنابراین توصیه می شود که فشار بارگذاری راکتور MH-SCHE 1.8 مگاپاسکال باشد.بخش تکمیلی خطوط غلظت هیدروژن را برای فشارهای بارگذاری مختلف در 15500 ثانیه نشان می دهد.
انتخاب دمای اولیه مناسب راکتور MH یکی از عوامل اصلی مؤثر بر فرآیند جذب هیدروژن است، زیرا بر نیروی محرکه واکنش تشکیل هیدرید تأثیر می گذارد.برای مطالعه اثر SCHE بر دمای اولیه راکتور MH، چهار دمای مختلف در فشار بارگذاری ثابت 1.8 مگاپاسکال و عدد رینولدز 14000 HTF انتخاب شد.روی انجیرشکل 8b مقایسه ای از دماهای شروع مختلف، از جمله 473K، 523K، 573K و 623K را نشان می دهد.در واقع، هنگامی که دما بالاتر از 230 درجه سانتیگراد یا 503K58 باشد، آلیاژ Mg2Ni دارای ویژگی های موثر برای فرآیند جذب هیدروژن است.با این حال، در لحظه اولیه تزریق هیدروژن، دما به سرعت افزایش می یابد.در نتیجه دمای لایه MG از 523 کلوین فراتر خواهد رفت. بنابراین تشکیل هیدریدها به دلیل افزایش سرعت جذب تسهیل می شود.از انجیراز شکل 8b می توان دریافت که با کاهش دمای اولیه لایه MB، هیدروژن سریعتر جذب می شود.فشارهای تعادلی کمتر زمانی اتفاق می‌افتد که دمای اولیه کمتر باشد.هرچه اختلاف فشار بین فشار تعادلی و فشار اعمال شده بیشتر باشد، فرآیند جذب هیدروژن سریعتر می شود.در دمای اولیه 473 کلوین، هیدروژن به سرعت تا 27 درصد در 18 ثانیه اول جذب می شود.همچنین زمان جذب در دمای اولیه کمتر از 11 درصد به 24 درصد در مقایسه با دمای اولیه 623 کلوین کاهش یافت. فشار بارگذاری موردی، با این حال، کاهش دمای اولیه راکتور منجر به کاهش ظرفیت ذخیره‌سازی هیدروژن می‌شود.دمای اولیه راکتور MN باید حداقل 503 K53 باشد.علاوه بر این، در دمای اولیه 573 K53، حداکثر ظرفیت ذخیره هیدروژن 3.6 درصد وزنی را می توان به دست آورد.از نظر ظرفیت ذخیره سازی هیدروژن و مدت زمان جذب، دمای بین 523 تا 573 کلوین تنها 6 درصد زمان را کوتاه می کند.بنابراین دمای 573 کلوین به عنوان دمای اولیه راکتور MH-SCHE پیشنهاد شده است.با این حال، تأثیر دمای اولیه بر فرآیند جذب در مقایسه با فشار بارگذاری کمتر معنی‌دار بود.بخش تکمیلی خطوط غلظت هیدروژن را برای دماهای اولیه مختلف در 15500 ثانیه نشان می دهد.
سرعت جریان یکی از پارامترهای اصلی هیدروژناسیون و هیدروژن زدایی است زیرا می تواند بر اغتشاش و حذف گرما یا ورودی در طول هیدروژناسیون و هیدروژن زدایی تأثیر بگذارد.نرخ جریان بالا فازهای آشفته ایجاد می کند و منجر به جریان سریعتر سیال از طریق لوله HTF می شود.این واکنش باعث انتقال سریعتر حرارت می شود.سرعت های ورودی مختلف برای HTF بر اساس اعداد رینولدز 10000، 14000، 18000 و 22000 محاسبه می شود.دمای اولیه لایه MG روی 573 کلوین و فشار بارگذاری 1.8 مگاپاسکال ثابت شد.نتایج در شکل.8c نشان می دهد که استفاده از عدد رینولدز بالاتر در ترکیب با SCHE منجر به نرخ جذب بالاتر می شود.با افزایش عدد رینولدز از 10000 به 22000، زمان جذب حدود 28-50% کاهش می یابد.زمان جذب در عدد رینولدز 22000 12505 ثانیه است که کمتر از دماها و فشارهای بارگذاری اولیه مختلف است.خطوط غلظت هیدروژن برای اعداد مختلف رینولدز برای GTP در 12500 ثانیه در بخش تکمیلی ارائه شده است.
اثر SCHE بر دمای اولیه HTF تجزیه و تحلیل شده و در شکل 8d نشان داده شده است.در دمای اولیه MG 573 کلوین و فشار بارگیری هیدروژن 1.8 مگاپاسکال، چهار دمای اولیه برای این تجزیه و تحلیل انتخاب شد: 373 K، 473 K، 523 K و 573 K. 8d نشان می دهد که کاهش دمای خنک کننده در ورودی منجر به کاهش زمان جذب می شود.در مقایسه با کیس پایه با دمای ورودی 573 کلوین، زمان جذب برای دماهای ورودی 523 کلوین، 473 کلوین و 373 کلوین به ترتیب تقریباً 20، 44 درصد و 56 درصد کاهش یافت.در 6917 ثانیه، دمای اولیه GTF 373 K است، غلظت هیدروژن در راکتور 90٪ است.این را می توان با افزایش انتقال حرارت همرفتی بین لایه MG و HCS توضیح داد.دمای پایین تر HTF باعث افزایش اتلاف گرما و افزایش جذب هیدروژن می شود.در بین تمام پارامترهای عملیاتی، بهبود عملکرد راکتور MH-SCHE با افزایش دمای ورودی HTF مناسب‌ترین روش بود، زیرا زمان پایان فرآیند جذب کمتر از 7000 ثانیه بود، در حالی که کوتاه‌ترین زمان جذب سایر روش‌ها بیشتر بود. بیش از 10000 ثانیهخطوط غلظت هیدروژن برای دماهای اولیه مختلف GTP برای 7000 ثانیه ارائه شده است.
این مطالعه برای اولین بار یک مبدل حرارتی سیم پیچ نیمه استوانه ای جدید را ارائه می دهد که در یک واحد ذخیره سازی هیدرید فلزی ادغام شده است.توانایی سیستم پیشنهادی برای جذب هیدروژن با پیکربندی‌های مختلف مبدل حرارتی مورد بررسی قرار گرفت.تاثیر پارامترهای عملیاتی بر تبادل حرارت بین لایه هیدرید فلز و خنک کننده به منظور یافتن شرایط بهینه برای ذخیره سازی هیدریدهای فلز با استفاده از یک مبدل حرارتی جدید مورد بررسی قرار گرفت.یافته های اصلی این مطالعه به شرح زیر خلاصه می شود:
با یک مبدل حرارتی سیم پیچ نیمه استوانه ای، عملکرد انتقال حرارت بهبود می یابد زیرا توزیع گرما یکنواخت تری در راکتور لایه منیزیم دارد و در نتیجه نرخ جذب هیدروژن بهتری را به همراه دارد.به شرطی که حجم لوله تبادل حرارت و هیدرید فلز بدون تغییر باقی بماند، زمان واکنش جذب به میزان قابل توجهی 59٪ در مقایسه با یک مبدل حرارتی سیم پیچ معمولی کاهش می یابد.