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| 氢气作为一种能源载体,是未来发展的主要清洁能源之一。氢能的利用关键在于氢气的存储,目前氢气储存的方法主要有：吸附储存、氢气液化储存、氢气压缩储存以及金属氢化物储氢,其中多孔材料吸附储氢是一种很有发展前景的储氢方法。首先,本文在质量守恒、动量守恒和能量守恒的基础上建立多孔材料吸附储氢的有限元模型,并采用修正的Dubinin-Astakhov (D-A)吸附方程和由D-A吸附方程推导出的变吸附热方程表述多孔材料吸附储氢的吸附特性。本文将运用有限元分析软件COMSOL Multiphysics实现多孔材料吸附储氢动态过程的建模与仿真。其次,模拟了在室温水和液氮冷却情况下活性炭储氢罐的充气、休眠、放气和平衡过程。研究室温水和液氮冷却情况下活性炭吸附储氢充放气过程中的温度、压力、气体流动速度和绝对吸附量的分布,并与加拿大三河城魁北克大学氢能研究所提供的实验数据进行对比验证模型的正确性,同时分析活性炭吸附储氢特性。结果表明,低温条件下活性炭的吸附储氢量明显高于常温条件下的储氢量,低温有利于提高储氢量,同时也可以得出,吸附储氢过程产生的热效应对活性炭吸附储氢影响很大。然后,模拟了MOF-5储氢罐常温和低温条件下吸附储氢的充气、休眠、放气和平衡过程,预测了MOF-5常温和低温吸附储氢充放气过程中的温度、压力和绝对吸附量的分布,并将模拟结果与活性炭吸附储氢的模拟结果进行比较分析。结果表明,压缩MOF-5吸附储氢性能优于粉末MOF-5,两种MOF-5材料的吸附储氢性能都优于活性炭的吸附储氢性能。最后,模拟了活性炭和MOF-5大尺度储运罐常温和低温条件下吸附储氢的充气过程,预测了大尺度储运罐的储存能力并进行了参数优化。结果表明,充气质量流率的大小对体系的储氢量的影响不大,但是可以将充气时间大大的缩短,增加多孔材料的热导率可以使吸附储氢过程中产生的热量更快从储氢罐内散出,对于提高储氢量有一定的帮助。 |
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