2-d mathematical modelling of hydrogen storage in metal hydrides

Abstract

Bu çalışmada LaNi5'de hidrojen emilimi sırasındaki ısı ve kütle transferini simuleeden bir nümerik model oluşturulmuştur. Isı denkleminin ayrık ifadesinde enerji dengemetodu uygulanmıştır. Geçici ısı taşınımı, konvektif sınır koşulları altında değerlendirilmiştir. Analizler MATLAB kullanılarak tamamlanmıştır. Elde edilen sıcaklık profillerinin ve absorbe edilen hidrojen kütle değerlerinin literatürde belirtilen deney verileri ve önceki çalışmalarla uygunluk sağladığı görülmüştür.Hidritleşme reaksiyonu egzotermik olduğundan, açığa çıkan ısının ortamdan uzaklaştırılması metal alışımın doygunluğa ulaşması için gerekli süre açısından çok önemlidir.Konvansiyonel hidrojen tüplerinin özellileri esas alınarak yapılan simulasyonlarda reaktörgeometrisinin, içeri basılan hidrojenin basıncının, metalin gözeneklilik değerinin, metalyatağının ilk sıcaklığının ve soğutma amaçlı kullanılan akışkanın sıcaklığının; hidritleşme süresi ve miktar üzerine olan etkileri incelenmiştir.

In this study a numerical model which simulates heat and mass transfer processesof hydrogen absorption in LaNi5 is studied. Energy balance method is used fordiscretizing the heat equation. Transient heat conduction with convective boundaryconditions is evaluated with explicit scheme. The analyses are conducted using MATLAB.Evaluation of temperature profiles and hydrogen mass that is being absorbedduring hydriding are shown to be correlated with the experimental data and with theprevious numerical studies.Since the hydriding reaction is exothermic, the rate of removal of heat released iscritical in time needed to reach saturation in metal-hydride reactor. The effects of bedgeometry, inlet hydrogen pressure, and metal porosity, initial bed temperature and thetemperature of cooling fluid are investigated. Different cases are compared with thebase case which is chosen to have similarities with conventional metal hydride tanks inreactor geometry and in thermophysical properties.