论文部分内容阅读
严峻的能源形势迫使人们寻找新型能源，并且提高现有能源的利用效率。使用蓄热的方法可以应对新能源使用过程中能源来源不连续的特点，也可以储存工业过程中产生的余热，提高能源的利用效率。根据蓄热材料储存热量原理的不同，目前主要的蓄热方法有显热蓄热，潜热蓄热，和热化学蓄热三种。本文探讨了使用热化学方法来储存热量，介绍了热化学蓄热材料选取的原则以及国内外热化学蓄热系统的研究现状。由于镁-氢化镁系统具有蓄热密度高，蓄放热温度可变，热量可以长期储存而不需要绝热措施等优点，本文将镁-氢化镁热化学蓄热系统作为本文的研究内容。本文基于镁-氢化镁热化学蓄热系统蓄放热时的物理化学过程，建立了系统的二维非稳态数学模型，通过数值计算，获得了系统的温度、反应速率、反应进度分布及系统的对外放热功率等参数。以数值模拟所得结果为参照，设计搭建了镁-氢化镁热化学蓄热实验台，改变壁面温度与氢气压力进行了一系列的实验，与数值模拟所得结果相互验证得出以下结论：（1）数值模拟中发现蓄热系统在蓄放热过程中存在一个化学反应速率较快的面，从外向内推进，由此导致反应物从外向内反应，此结论由文中所引照片证实。（2）数值模拟中发现对于此系统的放热过程，当对流换热系数一定时，存在一个最佳的外界流体温度，使系统平均放热功率最大。随着换热系数的增大，系统的最大平均放热功率也增大，最终趋近于定壁温的最大平均放热功率，此时系统有最大的平均放热功率比质量值。对于对流换热和定壁温为边界条件的系统，系统所提供的功率会随着时间衰减，对于定热流为边界条件的系统，反应进行到一定程度后会骤停。实验中对不同壁温对系统放热快慢的影响做了研究，发现存在一个最佳的壁面温度使系统放热最快，并且在所做的实验条件中，放热功率都是随时间衰减的，与数值模拟结论相符。（3）数值模拟中发现随着氢气压力的增大，系统放热逐渐变快，在实验中也证实了这一点。（4）对于系统的蓄热过程，数值模拟表明蓄热所花的时间随着边界温度的升高而单调减少。对于本实验系统，镁粉的转化率达到48%，蓄热密度为1468kJ/kgMg。在本文的最后，根据对此系统的研究经验，提出了系统存在的一些问题，包括反应物的结块与烧结，导热系数低，及系统初始阶段反应过快等问题。通过本文的模拟与实验，对镁-氢化镁热化学蓄热系统的进一步研究有很大的参考意义。