Entwicklung und Untersuchung einer Startvorrichtung zur Aktivierung eines Hochtemperaturhydridreaktors:
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| Published: |
Düsseldorf
VDI-Verl.
1996
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| Edition: | Als Ms. gedr. |
| Series: | Verein Deutscher Ingenieure: [Fortschritt-Berichte VDI / 6]
351 |
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| adam_text | Titel: Entwicklung und Untersuchung einer Startvorrichtung zur Aktivierung eines Hochtemperaturhydridreakto
Autor: Kapischke, Jörg
Jahr: 1996
FORTSCHRITTBERICHTE VM Dipl.-Ing. Jörg Kapischke, Bochum Entwicklung und Untersuchung einer Startvorrichtung zur Aktivierung eines Hochtemperaturhydridreaktors Reihe 6 : Energietechnik Nr. 351 VH VERLAG
Inhaltsverzeichnis ____ jl INHALTSVERZEICHNIS Formelzeichen und Indices .............................................................VHI 1 Einleitung...........................................................................1 1.1 Wasserstoffwirtschaft...............................................................1 1.2 Warme- und W asserstoffspeicherung in Metallhydriden........................3 1.3 Stand der Forschung auf dem Gebiet des Magnesium-Magnesiumhydrid- Sy stems ...............................................................................5 1.3.1 Materialforschung....................................................................6 1.3.2 Gleichgewichtskurven des Magnesium-Magnesiumhydrid-Systems..........7 1.3.3 Reaktionsgeschwindigkeit der Magnesiumhydridbildungsreaktion............7 1.3.4 Wärmeleitfähigkeit des Magnesium-Magnesiumhydrid-Systems..............9 1.4 Ziel der Arbeit......................................................................10 2 Grundlagen und Anwendungen der Metallhydride..................12 2.1 Grundlagen der Metallhydride....................................................12 2.2 Stand der Anwendungstechnik von Metallhydriden...........................22 2.2.1 Energetische Anwendung.........................................................22 2.2.2 Thermochemische Anwendung...................................................24 2.2.3 Thermomechanische Anwendung................................................32 2.2.4 Druckgenerierende Anwendung..................................................38 2.2.5 Adsorptive Anwendung...........................................................39 2.2.6 Elektrochemische Anwendung...................................................40 3 Kombinationshydridreaktor................................................43 4 Experimentalprogramm mit dem Hochtemperaturhydrid..........47 4.1
Zyklenversuche.....................................................................49 4.1.1 Ergebnisse und Diskussion der Zyklenversuche...............................56 4.2 Messung der Konzentrations-Druck-Isothermen...............................60 4.3 Startbeladungsversuche...........................................................64 4.3.1 Ergebnisse und Diskussion der Startbeladungsversuche......................67 4.4 Effektive Wärmeleitfähigkeit von Magnesiumhydridschüttungen............76
VI _ Inhaltsverzeichnis 4.4.1 Grundlagen zur Messung der effektiven Wärmeleitfähigkeit.................78 4.4.2 Theorie des instationären Meßverfahrens.......................................79 4.4.3 Experimentelle Bestimmung der effektiven Wärmeleitfähigkeit..............85 4.4.4 Fehlerabschätzung.................................................................86 4.4.5 Ergebnisse und Diskussion des Meßverfahrens................................88 5 Experimentalprogramm mit den Tieftemperaturhydriden .........93 5.1 Auswahl der Tieftemperaturhydride.............................................94 5.1.1 Ergebnisse und Diskussion der Messung von Konzentrations-Druck- Isothermen ..........................................................................97 5.2 Zündversuche......................................................................106 5.2.1 Ergebnisse und Diskussion der Zündversuche................................107 6 Modellbildung des Startbeladungsverhaltens des Hochtemperaturhydrides....................................................113 6.1 Definition der Problemstellung..................................................113 6.2 Mathematische Formulierung des heterogenen Reaktormodells.............114 6.2.1 Impulstransport im durchströmten Magnesiumhydridreaktor................116 6.2.2 Umwandlung vom heterogenen zum homogen Reaktormodell..............121 6.3 Formulierung des Programms...................................................124 6.3.1 Struktur des Simulationsprogramms im Programmsystem Phoenics.......124 6.3.2 Diskretisierung der partiellen Differentialgleichungen für den Wärme-und Stofftransport mit chemischer Reaktion.........................125 6.3.3 Numerische Lösung der partiellen Differentialgleichungen für den Wärme- und Stofftransport mit chemischer Reaktion.........................130 6.3.3.1 Transportkoeffizienten............................................................132
6.3.3.2 Berechnungsgebiet................................................................134 6.3.3.3 Rand- und Anfangsbedingungen................................................134 6.3.3.4 Gleichgewichte, Stoffwerte und Reaktionskinetik............................137 6.3.4 Programmablaufplan..............................................................139 6.3.5 Ergebnisse und Diskussion der Simulation....................................139 7 Untersuchung des Kombinationshydridreaktors ...................147 7.1 Pendelversuche mit dem isolierten Tieftemperaturhydrid....................147 7.2 Versuche mit dem Kombinationshydridreaktor................................154 7.2.1 Wasserstoffzugabe bei vollständig entladenem Tieftemperaturhydrid......159
Inhaltsverzeichnis _ VII 7.2.2 Pendelung des Wasserstoffs bei teilentladenemTieftemperaturhydnd.....161 7.3 Diskussion der Ergebnisse der Beladungsversuche des Kombinationshydridreaktors................................................164 8 Zusammenfassung............................................................170 Anhänge A Stoffwerte 173 B Effektive Wärmeleitfähigkeit 175 B.l Lösung der Wärmeleitungsgleichung mittels Laplace-Transformation 175 B. 2 Methode der Fourieranalyse 184 C Massen-, Impuls- und Wärmebilanz 186 C. l Massenbilanz 186 C.2 Impulsbilanz 189 C. 3 Wärmebilanz 190 D Simulationsprogramm 191 D. 1 Eingabe über das Ql -File 191 D.2 Programmablaufplan und Modifikation des Ground-Files 195 Literaturverzeichnis 202
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