铜、氮化铝与铝硅镁复合翅片对LaNi5金属合金脱氢过程的优化效应研究

针对金属氢化物(MH)反应器热管理效率低的问题，研究人员通过ANSYS FLUENT 15.0模拟分析了铜、AlN和AlSi10Mg翅片对LaNi5基反应器脱氢性能的影响。结果表明，铜翅片使1 bar压力下平衡时间缩短67.6%，AlN和AlSi10Mg分别减少64%和62%，为氢能存储技术提供了创新设计思路。

　　

在全球能源转型的背景下，氢能因其零碳排放和高能量密度成为焦点，但高效存储仍是瓶颈。金属氢化物(MH)反应器虽具备可逆储氢优势，却受限于LaNi₅等材料的热导率不足（<0.1 W/m·K），导致脱氢速率缓慢。传统改进方法如铜丝矩阵增强导热或几何结构优化虽有效，但翅片材料的选择尚未系统研究。为此，一项发表于《International Journal of Hydrogen Energy》的研究探索了铜、氮化铝(AlN)和铝硅镁合金(AlSi10Mg)翅片对LaNi₅反应器性能的提升作用。

研究团队采用ANSYS FLUENT 15.0构建二维模型，结合用户自定义函数(UDFs)模拟半小时脱氢过程。反应器初始温度为363 K，加热油以1 m/s流速在1-2 bar压力下循环。通过监测氢浓度、对流换热系数和平均温度等参数，评估不同翅片材料的性能差异。

Reactor design and mathematical modeling for hydrogen dehydrogenation
模型基于14 cm高的圆柱形反应器，中心置有半径0.3 cm的传热流体(HTF)管，翅片呈放射状分布。数学方程涵盖质量守恒、动量传递和能量平衡，引入van't Hoff方程描述氢平衡压力与温度关系。

Results and discussion
铜翅片表现最优，1 bar下脱氢平衡时间缩短67.6%，归因于其高导热性(401 W/m·K)。AlN凭借221.64 W/(m·K)的导热率和低热膨胀系数，性能接近铜（64%提升）。SLM制备的AlSi10Mg因结构稳定性实现62%的改进，验证了增材制造在反应器设计中的潜力。

Conclusions
研究表明，翅片材料显著影响脱氢动力学，铜仍是首选，但AlN和AlSi10Mg为成本敏感场景提供替代方案。创新性引入SLM技术拓展了材料选择范围，为MH反应器设计开辟新路径。

意义
该研究不仅量化了翅片材料的性能差异，还通过工业级模拟为氢能存储设备优化提供实践指导，推动清洁能源技术商业化进程。作者Atef Chibani等强调，未来可结合多目标优化算法进一步探索翅片几何参数与材料的协同效应。