33373

مديريت حرارتي موتور احتراقي هيدروژني به منظور افزايش توليد هيدروژن از مخزن هيدريد فلز

كارشناسي ارشد

مهندسي خودرو

1400

1401/7/1

علي قاسميان مقدم

علي قاسميان

مهندسي خودرو

هيدروژن به دليل ارزش حرارتي زياد و سازگاري با محيط زيست، پتانسيل زيادي براي تبديل شدن به مهم ترين سوخت جايگزين در آينده را دارد. اما به دليل چگالي پايين، ذخيره هيدروژن با چالش همراه است. در اين پژوهش به دليل اين كه ضريب انتقال حرارت رسانشي در متال هيدريد بسيار پايين است و همچنين رها سازي هيدروژن از مخزن متال هيدريد نيازمند گرما مي‌باشد، به بررسي و بهبود انتقال حرارت در متال هيدريد پرداخت مي‌شود. بدين منظور از حرارت اتلافي موتور احتراق داخلي هيدروژني براي رها سازي هيدروژن از مخزن متال هيدريد استفاده مي‌شود. در ادامه، با كمك نرم افزار ANSYS و GT POWER و اطلاعات آزمايشگاهي از تحقيقات پيشين، به شبيه سازي يك موتور 4 زمانه احتراق داخلي تك سيلندر 600 سي سي و مخزن متال هيدريد پرداخته مي‌شود و خروجي اتلاف حرارتي موتور، همراه با نرخ مصرف سوخت در دور هاي مختلف بررسي مي‌شود و سپس مخزن متال هيدريد متناسب با آن در سه ابعاد مختلف و دما هاي 25 و 40 و 90 درجه سانتي گراد مربوط به دماي محيط، هوا و آب با ضريب انتقال حرارت مختلف طراحي و مورد بررسي و تحليل قرار گرفت و مشخص شد كه نسبت اتمي هيدروژن به فلز مخزن متال هيدريد به ترتيب 0.94 و 0.57 و 0.1 مي‌باشد كه نشان دهنده آن است كه مخزن متال هيدريد در 90 درجه به تخليه كامل نزديك تر مي‌شود. همچنين پس از برسي سه مخزن مختلف متال هيدريد طراحي شده، عواملي همچون دماي وارد شده به مخزن، ابعاد مخزن و پره حرارتي، مورد مطالعه قرار گرفت و مشخص شد كه رها سازي هيدروژن در مخزن متال هيدريد با افزايش دما افزايش مي‌يابد و همچنين با افزايش ابعاد مخزن در گستره مشخص، 0.34 درصد بهبود مي‌يابد و با افزودن پره حرارتي 16 درصد افزايش مي‌يابد. افزايش سطح تماس حرارتي توسط پره و افزايش ارتفاع مخزن به بهبود سرعت رهاسازي هيدروژن كمك مي‌كند و باعث بهبود انتقال حرارت و افزايش كارايي مخزن مي‌شوند.

1404/02/18

Thermal management of hydrogen combustion engine to increase hydrogen production from metal hydride tank

1/1/1900 12:00:00 AM

Hydrogen has great potential to become the most important alternative fuel in the future due to its high calorific value and environmental friendliness. However, due to its low density, hydrogen storage is challenging. In this research, since the conductive heat transfer coefficient in metal hydride is very low and the release of hydrogen from the metal hydride tank requires heat, heat transfer in metal hydride is investigated and improved. For this purpose, the waste heat of the hydrogen internal combustion engine is used to release hydrogen from the metal hydride tank. Next, with the help of ANSYS and GT Power software and laboratory data from previous research, a 600 cc single-cylinder 4-stroke internal combustion engine and metal hydride tank are simulated, and the engine heat dissipation output is examined along with the fuel consumption rate at different speeds, and then a metal hydride tank is designed, examined, and analyzed in three different dimensions and Temperatures of 25, 40, and 90 degrees Celsius representing ambient, air, and water temperatures with different heat transfer coefficients were used for design, investigation, and analysis. and it was found that the atomic ratio of hydrogen to metal in the metal hydride tank is 0.94, 0.57 and 0.1 respectively, indicating that the metal hydride tank at a temperature of 90 degrees approaches complete tank depletion.. Also, after examining three different designed metal hydride tanks, factors such as the temperature entering the tank, tank dimensions, and thermal fin were studied and it was found that the hydrogen release in the metal hydride tank increases with increasing temperature and also improves by 0.34% with increasing tank dimensions within a certain range and increases by 16% with the addition of a thermal fin. Increasing the thermal contact area by the fin and increasing the tank height helps to improve the hydrogen release rate and improves heat transfer and increases the tank efficiency.

مديريت حرارتي، موتور احتراق داخلي هيدروژني، مخزن متال هيدريد , Thermal management, hydrogen internal combustion engine, metal hydride tank

Thermal management, hydrogen internal combustion engine, metal hydride tank

Sahar Gholami

Dr. Ali Ghasemian Moghadam