Etude du stockage dynamique de l'hydrogène par adsorption sur un lit fixé de charbon actif au moyen d'une modélisation 2D des effets thermiques
Institution:
Paris 13Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
The objective of the present work is to predict the thermal effects which occur in a hydrogen storage tank using an adsorption process on an activated carbon fixed bed under pressure and at room temperature, and to propose solutions for reducing these effects. In order to have access to temperature distribution, a 2D model, which describes mass and thermal transport phenomena arising in the tank, has been developed. In order to solve numerically the equations of the model, a finite-difference method and an implicit scheme ADI type were applied. This model has been validated using temperature measurements performed in an experimental facility. Reasonably good agreements was obtained. Numerical simulation, based on this 2D model, allows us to test various parameters, as geometry, tank-wall, external heat transfer and bed conductivity with the objective of finding those which determine the stepness of the thermal gradients. Porosity and adsorption capacity were also studied. Finally, a heat exchange system of fins was performed to reduce (30 %) heat effects in the bed.
Abstract FR:
L'objectif de cette thèse est de prédire les effets thermiques qui se produisent lors des phases dynamiques de pressuration et de restitution dans un réservoir de stockage d'hydrogène par adsorption sous pression sur un lit fixe de charbon actif à température ambiante et de proposer des solutions pour les réduire. Pour réaliser cette étude, un modèle mathématique bidimensionnel, décrivant les phénomènes de transferts de matière et de chaleur dans le réservoir, a été développé. La résolution des équations du modèle a été effectuée par la méthode numérique des différences finies fondée sur un schéma implicite aux directions alternées (ADI). La validation du modèle, reposant sur une comparaison des profils de température mesurés dans un dispositif expérimental de stockage pilote et calculés par la simulation numérique, a montré un accord satisfaisant. Le modèle a ainsi pu être employé pour des simulations prédictives afin de déterminer les conditions optimales du stockage dynamique, en faisant varier les paramètres physiques du système. L'influence de la géomètrie du réservoir, de l'échange thermique externe, de la nature du matériau de la paroi et des caractéristiques thermiques du lit adsorbant a permis d'optimiser le réservoir. La mise en forme du lit adsorbant et sa capacité d'adsorption ont également été étudiées. Enfin, consécutivement à l'étude numérique, une application expèrimentale au moyen d'un système d'échange thermique à ailettes a été mise en oeuvre, permettant de réduire de manière sensible (30 % ) les gradients thermiques au sein du lit fixe.