Ushbu tadqiqot past haroratli quyosh issiqligi yoki ikkilamchi issiqlikni uzoq muddat saqlash uchun qo‘llanilishi mumkin bo‘lgan, stronsiy bromid gidrati asosidagi ochiq siklli termokimyoviy energiya saqlash reaktorini uch o‘lchamli sonli model yordamida o‘rganadi. Reaktorda qattiq SrBr₂·H₂O zarrachalari gravitatsiya ta’sirida pastga qarab harakatlanadi, nam havo esa qatlam ichidan gorizontal yo‘nalishda o‘tadi. Suv bug‘i bilan tuz orasidagi ekzotermik gidratlanish reaksiyasi saqlangan kimyoviy energiyani qaytadan issiqlikka aylantiradi va reaktordan chiqayotgan havoning haroratini oshiradi.

Tadqiqotchilar COMSOL Multiphysics muhitida g‘ovakli muhitdagi oqimni, suv bug‘i ko‘chishini, reaksiya kinetikasini, qattiq va gaz fazalaridagi issiqlik uzatilishini hamda harakatlanuvchi tuz qatlamini birlashtirgan uch o‘lchamli model ishlab chiqdilar. Qattiq zarrachalarning pastga siljishi Arbitrary Lagrangian–Eulerian (ALE) deb ataluvchi harakatlanuvchi to‘r usuli bilan ifodalandi. Shu tariqa reaktor ichidagi reaksiya fronti, harorat maydoni, suv bug‘i taqsimoti, bosim yo‘qotilishi va mahalliy tuz konversiyasi vaqt hamda fazoviy koordinatalar bo‘yicha kuzatildi.

Modelning asosiy xulosasiga ko‘ra, reaktor unumdorligini belgilovchi eng kuchli ekspluatatsion parametr kiruvchi havodagi namlik miqdoridir. Kirish namligi 4 g/kg dan 12 g/kg ga oshirilganda qatlam harorati taxminan 26°C dan 39°C ga, havoga uzatilgan foydali hajmiy issiqlik esa taxminan 2 kW/m³ dan 5,5 kW/m³ ga ko‘tarildi. Yuqoriroq namlik suv bug‘ining parsial bosimini va gidratlanishning termodinamik harakatlantiruvchi kuchini oshirdi; natijada issiqroq, kengroq va yaqqolroq reaksiya zonasi shakllandi.

Havo sarfi bo‘yicha eng maqbul muvozanat 110 m³/soat rejimida olindi. 80 m³/soat sarfda havo tuz bilan uzoqroq kontaktda bo‘lsa-da, umumiy issiqlik tashish qobiliyati past bo‘lib qoldi. 140 m³/soat sarfda esa havo tezroq harakatlandi, ammo qisqa kontakt vaqti va kuchli konvektiv sovitish sababli reaksiya hamda qatlam harorati cheklandi. Qattiq qatlamning 0,5–2 sm/soat oralig‘idagi siljish tezligi harorat va lahzali issiqlik chiqishini juda oz o‘zgartirdi; biroq tezroq siljish tuzning reaktorda qolish vaqtini qisqartirib, to‘liq gidratlanmaslik xavfini oshirdi.

Model avval e’lon qilingan eksperimental harakatlanuvchi qatlamli reaktor tadqiqotining harorat, namlik va issiqlik chiqishi ma’lumotlari bilan solishtirildi. Tendensiyalar va umumiy kattaliklar tajribalar bilan mos keladi. Shunday bo‘lsa-da, PDF dagi tasdiqlash jadvalini to‘g‘ridan-to‘g‘ri hisoblaganda, ba’zi sharoitlardagi nisbiy farqlar annotatsiyada aytilgan 1–4% oralig‘idan oshib, foydali issiqlikda 8% ga, qatlam haroratida taxminan 7% ga yetishi ma’lum bo‘ldi.

Tadqiqot yangi fizik reaktor yoki yangi eksperimental ma’lumotlarni taqdim etmaydi. Xulosalar adabiyotdagi tajriba stendini uch o‘lchamli modellashtirish va parametrik sonli simulyatsiyalarga asoslanadi. Materialning uzoq muddatli siklik barqarorligi, aglomeratsiya, yemirilish, suyulib ketish (deliquescence), zarrachalar maydalanishi va real korxona boshqaruvi o‘rganilmagan. Tadqiqot taqrizdan o‘tmagan preprint hisoblanadi.

Termokimyoviy energiya saqlash nima uchun muhim?

Quyosh energiyasi, sanoatning ikkilamchi issiqligi va boshqa qayta tiklanuvchi issiqlik manbalari ishlab chiqarilgan vaqtda har doim ham to‘liq ishlatilmaydi. Ayniqsa binolarni isitishda yozda yoki kunduzi olingan issiqlikni haftalar yoki oylar o‘tib ishlatish uchun yuqori energiya zichligiga ega va kutish vaqtida issiqlik yo‘qotmaydigan saqlash texnologiyalari talab etiladi.

Issiqlik energiyasini saqlash texnologiyalari asosan uch guruhga bo‘linadi:

• Sezilarli (aniq) issiqlikni saqlash: Suv, tosh yoki beton kabi materialning haroratini ko‘tarishga asoslanadi.
• Yashirin issiqlikni saqlash: Fazaviy o‘tuvchi materiallarning erish yoki qotish energiyasidan foydalanadi.
• Termokimyoviy energiya saqlash: Issiqlikni qaytar kimyoviy reaksiyaning mahsulotlarida saqlaydi.

Termokimyoviy saqlashda zaryadlangan reaksiya mahsulotlari atrof-muhit haroratida bir-biridan alohida saqlanishi mumkinligi sababli uzoq kutish davrida doimiy issiq rezervuarni ushlab turish shart emas. Energiya harorat farqida emas, balki kimyoviy tarkibda saqlanadi. Shu sababli uzoq muddatli yoki mavsumiy saqlashda issiqlik yo‘qotishlari deyarli nolga teng bo‘lishi mumkin.

Tuz gidratlari issiqlikni qanday saqlaydi?

Tadqiqotda qo‘llanilgan reaksiya juftligi stronsiy bromid monogidrati bilan stronsiy bromid geksagidrati orasida kechadi. PDF da reaksiya quyidagi shaklda berilgan:

\[ SrBr_2\cdot H_2O(s) + 5H_2O(g) \rightleftharpoons SrBr_2\cdot 6H_2O(s) + 5\Delta H \]

Zaryadlash bosqichida gidratlangan tuzga issiq va quruq havo berilib, bog‘langan suvning bir qismi chiqarib yuboriladi. Ushbu endotermik degidratlanish uchun tashqaridan issiqlik kiritiladi va energiya suvsizlangan tuz strukturasida kimyoviy potensial sifatida saqlanadi.

Zaryadsizlanish (issiqlik ajratish) bosqichida esa sovuq va nam havo suvsizlangan tuz bilan to‘qnashadi. Tuz havodagi suv bug‘ini qayta biriktirib gidratlanadi. Gidratlanish ekzotermik bo‘lgani uchun ajralgan issiqlik havoni qizdiradi. Qizigan chiqish havosi alohida issiqlik almashtirgich orqali bino yoki markazlashtirilgan isitish tizimiga energiya uzatishi mumkin.

Reaksiya sodir bo‘lishi faqat havoda suv bo‘lishiga bog‘liq emas. Havadagi haqiqiy suv bug‘i parsial bosimi tuz turgan haroratdagi muvozanat bug‘ bosimidan yuqori bo‘lishi shart. Shu sababli namlik, harorat va muvozanat bosimi bir-biri bilan uzviy bog‘liqdir.

Ochiq va yopiq termokimyoviy tizimlar orasidagi farq

Yopiq termokimyoviy tizimda tuz bilan toza suv bug‘i asosan vakuum ostida reaksiyaga kirishadi. Bu tuzilma nazoratli bo‘lishi mumkin, ammo bug‘latgich, kondensator, suyuq suv baki, vakuum uskunalari va yuqori zichlikni (germetiklikni) talab qiladi.

O‘rganilgan ochiq tizimda gaz reagenti sifatida atmosfera bosimidagi nam havo ishlatiladi. Bu alohida suv bug‘i konturiga ehtiyojni yo‘qotadi. Bunga qarshi ravishda tizim tashqi muhit namligiga juda sezgir bo‘lib qoladi. Haddan tashqari namlik tuzning yopishib qolishiga, aglomeratsiyaga yoki erib ketishiga (deliquescence); past namlik esa reaksiya tezligining yetarli bo‘lmasligiga olib keladi.

Harakatlanuvchi qatlamli reaktor qanday ishlaydi?

Reaktorning yuqori qismidan quruq yoki past gidratlangan SrBr₂ zarrachalari kiritiladi. Qattiq qatlam gravitatsiya ta’sirida vertikal pastga qarab harakatlanadi. Pastki qismdagi aylanuvchi klapan qattiq jismning chiqish tezligini va demak, qatlam tezligini boshqaradi.

Nam havo reaktorning bir tomonidan kirib, qattiq qatlamdan ko‘ndalang yo‘nalishda o‘tadi va qarama-qarshi tomondan chiqadi. Ushbu ko‘ndalang oqim tartibida:

• Qattiq faza yuqoridan pastga,
• Gaz fazasi chapdan o‘ngga,
• Suv bug‘i havodan qattiq jismga,
• Reaksiya issiqligi qatlamdan havoga

uzatiladi.

PDF dagi reaktor chizmasida qattiq jism yuklash voronkasi yuqorida, harakatlanuvchi reaktiv qatlam markazda, qattiq jism tushirish mexanizmi pastda hamda nam havo ulanishlari reaktor korpusining ikki yonida joylashgani ko‘rinadi. Markazdagi tor vertikal qatlam ikki yonidagi kengayuvchi havo taqsimlash kameralari bilan o‘ralgan.

Reaktor geometriyasining asosiy o‘lchamlari

Reaktiv qatlam ustidagi ikkita zanglamas po‘lat devor havoning yuqoridagi bo‘shliq orqali to‘g‘ridan-to‘g‘ri chiqishga qochib ketishini to‘sish va oqimni tuz qatlamiga majburan yo‘naltirish uchun qo‘llanilgan. Ushbu to‘siqlar ayni paytda qo‘shimcha gidravlik qarshilik hosil qilgan.

Tadqiqot ko‘zlagan ilmiy bo‘shliq

Oldingi harakatlanuvchi qatlam tadqiqotlari asosan ikki o‘lchamli, jamlangan parametrli yoki yuqori haroratli va qaytmas reaksiyalarga mo‘ljallangan modellardan foydalangan. Bu uslublar quyidagi omillarni bir vaqtda batafsil aks ettirishda cheklangan edi:

• Qattiq qatlamning uzluksiz harakati,
• Uch o‘lchamli havo taqsimoti va yon chetlab o‘tishlar,
• Suv bug‘i parsial bosimiga bog‘liq reaksiya kinetikasi,
• Reaksiya frontining fazo va vaqt bo‘yicha siljishi,
• Mahalliy g‘ovaklik va o‘tkazuvchanlik ta’sirlari,
• Qattiq jismning qolish vaqti bilan konversiya orasidagi bog‘liqlik,
• Issiqlik quvvati bilan jami energiya saqlash samaradorligi orasidagi murosa.

Tadqiqotning maqsadi ushbu jarayonlarni yagona 3D uzluksiz ish modeli doirasida birlashtirish va natijalarni avval e’lon qilingan eksperimental reaktor ma’lumotlari bilan solishtirishdir.

Modelda qo‘llanilgan ish sharoitlari

Modelning asosiy farazlari

• Issiqlik va massa ko‘chishini asosan havo oqimi harakatlantiradi.
• Qattiq qatlam juda sekin siljiganligi sababli uning havo gidrodinamikasiga teskari ta’siri hisobga olinmagan.
• Gaz oqimi statsionar va kirish kesimida bir tekis deb olingan.
• Qattiq zarrachalar doimiy tezlikda pastga harakatlanadi.
• Tuz reaksiya davomida o‘zining kimyoviy faolligini va mexanik strukturasini saqlaydi.
• Qatlam g‘ovakligi baypas alohida kiritilgan holatlardan tashqari o‘zgarmas deb qabul qilingan.
• Nam havo ideal gazlar aralashmasi sifatida modellashtirilgan.
• Uzoq muddatli siklik yemirilish, aglomeratsiya, maydalanish va kukunlanish hisobga olinmagan.

Suv bug‘i va tuz konversiyasining saqlanish tenglamalari

G‘ovakli qatlamdagi suv bug‘i balansi to‘planish, reaksiya sarfi va oqim bilan konvektiv ko‘chish hadlaridan iborat. PDF dagi tenglamaning ixcham shakli quyidagicha:

\[ \varepsilon n_h\frac{\partial y_v}{\partial t} = \phi_v(1-y_v) - n_h\mathbf{u}_h\cdot\nabla y_v \]

• ε: Qatlam g‘ovakligi,
• n_h: Nam havoning molyar zichligi,
• y_v: Suv bug‘ining molyar yoki massaviy ulushi,
• φ_v: Reaksiya manbai (sarflanishi),
• u_h: Nam havoning tezlik vektori.

Tuzning mahalliy gidratlanish darajasi (X) uchun berilgan balans:

\[ (1-\varepsilon)\frac{\partial X}{\partial t} = -\frac{\phi_v}{\nu} - \mathbf{u}_s\cdot\nabla X \]

• X: Mahalliy gidratlanish konversiyasi,
• ν: Stexiometrik koeffitsiyent,
• u_s: Qattiq qatlamning pastga yo‘nalgan tezligi.

Ikkinchi tenglamadagi birinchi had kimyoviy reaksiya orqali o‘zgarishni, ikkinchi had esa o‘zgargan qattiq jismning qatlam bo‘ylab pastga siljishini ifodalaydi.

G‘ovakli muhit oqimi: Brinkman tenglamasi

Reaktordagi havo oqimi Darsi (Darcy) qonuniga qovushqoq siljish effektlarini qo‘shuvchi Brinkman tenglamasi bilan modellashtirilgan:

\[ \rho(\mathbf{u}\cdot\nabla)\mathbf{u} = \nabla\cdot\left[-p\mathbf{I} +\mu\left(\nabla\mathbf{u}+(\nabla\mathbf{u})^T\right)\right] -\mu\alpha\mathbf{u} +\rho\mathbf{F} \]

• ρ: Gaz aralashmasi zichligi, kg/m³,
• u: Tezlik vektori, m/s,
• p: Bosim, Pa,
• μ: Dinamik qovushqoqlik, Pa·s,
• α: G‘ovakli muhitning Darsi qarshiligi bilan bog‘liq parametri, m⁻²,
• F: Ommaviy kuch.

Issiqlik uzatilishi va reaksiya issiqligi

Gaz fazasidagi energiya tenglamasi konveksiya, o‘tkazuvchanlik va hajmiy issiqlik manbalarini o‘z ichiga oladi:

\[ \rho C_p\mathbf{u}\cdot\nabla T+\nabla\cdot\mathbf{q} = Q+Q_p+Q_{vd} \]

\[ \mathbf{q}=-k\nabla T \]

• C_p: Solishtirma issiqlik sig‘imi, J/(kg·K),
• T: Harorat, K yoki °C,
• q: Issiqlik oqimi zichligi, W/m²,
• Q: Kimyoviy reaksiyaning hajmiy issiqlik manbai, W/m³,
• Q_p: Bosim ishi,
• Q_vd: Qovushqoq dissipatsiya.

Qattiq fazadagi energiya tenglamasi:

\[ \rho C_p\frac{\partial T}{\partial t}+\nabla\cdot\mathbf{q} = Q+Q_{ted} \]

Hidratlanishning ekzotermik issiqlik manbai:

\[ Q=R_{react}\Delta H_{hydration} \]

shaklida qo‘llanilgan. Reaksiya tezlashgan sari ajraladigan hajmiy issiqlik ham ko‘payadi.

Namlik va haroratga bog‘liq reaksiya kinetikasi

Mahalliy reaksiya tezligi uchun Arrenius shaklidagi va bug‘ bosimi harakatlantiruvchi kuchini o‘z ichiga oluvchi formula ishlatilgan:

\[ X_a=A_r\exp\left(-\frac{E_a}{RT}\right)(1-X) \left(1-\frac{p_v}{p_{eq}}\right) \]

• X_a: Mahalliy reaksiya tezligi, 1/s,
• A_r: Eksponenta oldi koeffitsiyenti (1,63×10⁴),
• E_a: Aktivatsiya energiyasi (56,6 kJ/mol),
• R: Universal gaz doimiysi,
• T: Mutlaq harorat, K,
• X: Mahalliy konversiya,
• p_v: Suv bug‘ining parsial bosimi,
• p_eq: Tuz-gidrat muvozanat bug‘ bosimi.

Muvozanat bug‘ bosimi

Muvozanat bosimi Klauzius–Klapeyron (Clausius–Clapeyron) tipidagi formula bilan hisoblangan:

\[ P_{eq}=P_{ref}\exp\left(-\frac{\Delta H^0}{RT} +\frac{\Delta S^0}{R}\right) \]

• P_ref: Referens bosim,
• ΔH⁰: Standart reaksiya entalpiyasi (67 400 J/mol),
• ΔS⁰: Standart reaksiya entropiyasi (175 J/(mol·K)).

Haqiqiy bug‘ bosimi bilan P_eq orasidagi farq gidratlanish jarayonining davom etishini ta’minlovchi asosiy termodinamik potensialdir.

G‘ovakli qatlamning samarali termik xususiyatlari

Gaz va qattiq fazalarning o‘rtacha xususiyatlari quyidagicha jamlangan:

\[ (\rho C_p)_{eff} = (1-\varepsilon)(\rho C_p)_s +\varepsilon(\rho C_p)_v \]

\[ k_{eff} = (1-\varepsilon)k_s+\varepsilon k_v \]

Tuzning xususiyatlari konversiyaga qarab monogidrat va geksagidrat orasida chiziqli o‘zgartirilgan:

\[ (\rho C_p)_s = (1-X)(\rho C_p)_{s1} +X(\rho C_p)_{s0} \]

\[ k_s=(1-X)k_{s1}+Xk_{s0} \]

Havoga uzatilgan foydali issiqlik

Chiqish havosi olib ketgan foydali issiqlik entalpiyalar farqi orqali hisoblangan:

\[ q_{heat} = \dot{m}_{a,in} \left[ (C_{pa}+w_{out}C_{pv})T_{out} - (C_{pa}+w_{in}C_{pv})T_{in} \right] \]

• \(\dot{m}_{a,in}\): Quruq havo massaviy sarfi, kg/s,
• C_pa: Quruq havo issiqlik sig‘imi,
• C_pv: Suv bug‘i issiqlik sig‘imi,
• w_in, w_out: Kirish va chiqishdagi mutlaq namliklar,
• T_in, T_out: Kirish va chiqish haroratlari.

Grafiklarda bu ko‘rsatkich reaktor hajmiga nisbatan kW/m³ birligida berilgan.

Chegara shartlari

Kirishdagi suv bug‘i konsentratsiyasi va parsial bosimi:

\[ c_{in}=\frac{P_v}{RT_{in}} \]

\[ P_v=P_s\cdot RH \]

tenglamalari bilan hisoblangan (P_s — to‘yingan bug‘ bosimi, RH — nisbiy namlik).

ALE harakatlanuvchi to‘r usuli

Qatlamning pastga harakati qattiq jismni statik manba deb hisoblash o‘rniga, to‘r tugunlarining qattiq jism bilan birga siljishini ta’minlovchi ALE (Arbitrary Lagrangian–Eulerian) usulida modellashtirilgan.

ALE da:

• Chiqish chegarasida pastga yo‘nalgan normal to‘r tezligi berilgan,
• Yon devorlarda sirpanish shartlari qo‘llanilgan,
• To‘r deformatsiyasida Yeoh usuli va 10 kattalikdagi qattiqlashtirish ishlatilgan.

Bu usul yangi tuzning yuqoridan kirishi va gidratlangan tuzning pastga siljishini real vaqtda aks ettirish imkonini bergan.

To‘rga bog‘liqlik sinovi

Tadqiqotchilar hisoblash tezligi va aniqlik muvozanatini hisobga olib, 644 783 elementli o‘rta to‘rni tanlaganlar.

Modelning eksperimental ma’lumotlar bilan solishtirilishi

Model harorat, namlik, foydali issiqlik va bosim tushishi bo‘yicha adabiyotdagi tajribalar bilan taqqoslangan. Tajribadagi kirish namligining dastlabki 0,22 soatda 0 dan 9 g/kg gacha ko‘tarilishi vaqtga bog‘liq interpolyatsiya funksiyasi bilan modelga kiritilgan.

Harorat grafigida simulyatsiya egri chiziqlari tajriba nuqtalarini yaxshi takrorlagan: chiqish harorati simulyatsiyada taxminan 32,7°C, tajribada taxminan 31°C bo‘lgan. Ichki qatlam haroratlari 35–37°C atrofida bo‘lgan.

Namlik grafigida kirish namligi 0,009 kg/kg, chiqish namligi esa 0,005 kg/kg ga tushgan. Chiqish namligining pastligi suv bug‘ining tuz tomonidan yutilganini ko‘rsatadi.

Tasdiqlash jadvalining batafsil tahlili

Jadvaldagi ma’lumotlardan hisoblangan nisbiy farqlar foydali issiqlik bo‘yicha 1,3–8,0%, qatlam harorati bo‘yicha 0,46–7,07% oralig‘ida bo‘ldi. Shunday qilib, model umumiy yo‘nalishni to‘g‘ri aks ettirsa-da, annotatsiyadagi «±1–4%» iborasi barcha nuqtalarni qamrab olmaydi.

Bosim taqsimoti va aylanma oqimlar

Oqim chiziqlari havo kirish kanalida tezlashib, keng yon kameraga yetganda yirik aylanma uyurmalarni hosil qilishini ko‘rsatadi. Qatlamning kirish tomonida bosim 1 600 Pa ga yetadi va qatlam bo‘ylab pasayib boradi.

Jami bosim yo‘qotilishi taxminan 1 500–1 700 Pa oralig‘ida bo‘lib, tajriba bilan mos tushgan. Bu holat qatlam qarshiligi bilan birga ichki yo‘naltiruvchi to‘siqlar va geometrik o‘zgarishlarning ham muhimligini ko‘rsatadi.

Qattiq jism siljish tezligining ta’siri

Qatlam tezligi 0,5 sm/soatdan 2 sm/soatga oshirilganda qatlam harorati 35°C dan 35,5°C ga ko‘tarildi. Yangi tuzning tezroq kirishi reaksiyani biroz oshirgan bo‘lsa-da, har bir zarrachaning reaktorda bo‘lish vaqtini qisqartirdi.

Foydali issiqlik tezda 3 kW/m³ atrofida barqarorlashdi. Past tezliklarda tuz uzoqroq qolgani uchun to‘liqroq gidratlanadi. Yuqori tezliklarda ko‘proq tuz o‘tsa-da, uning konversiya darajasi past bo‘lib qoladi. Bu quvvat bilan umumiy kimyoviy energiyani to‘liq qaytarib olish orasidagi murosani ko‘rsatadi.

Reaksiya frontining rivojlanishi

Boshida butun qatlam 22°C bo‘ladi. Nam havo berilgach:

• t = 0 soat: Reaktor sovuq va reaksiyasiz.
• t = 0,2 soat: Kirish tomonida dastlabki harorat o‘sishi boshlanadi.
• t = 0,3 soat: Reaksiya zonasi qatlam bo‘ylab kengayadi.
• t = 1 soat: Reaktiv qatlamning asosiy qismi 34–38°C ga yetadi.

Izoh matnida boshlang‘ich holat adashib «degidratlanish boshlanishidan oldin» deb yozilgan, amalda esa bu «gidratlanish boshlanishidan oldin» deganidir.

Havo sarfining ta’siri

Havo sarfi 80, 110 va 140 m³/soat uchun taqqoslandi:

80 m³/soat

Past sarfda havo tuz bilan uzoq kontaktda bo‘ladi, ammo umumiy havo massasi kam bo‘lgani sababli issiqlikni tashib ketish cheklanadi (issiqlik taxminan 3 kW/m³).

110 m³/soat

O‘rta sarf kontakt vaqti bilan konvektiv issiqlik tashish orasidagi eng yaxshi muvozanatni berdi (issiqlik taxminan 4–4,5 kW/m³ bilan eng yuqori).

140 m³/soat

Yuqori sarf havoni ko‘paytirsa-da, kontakt vaqtini qisqartirdi va kuchli sovitish tufayli qatlam harorati tushib ketdi.

Kiruvchi namlikning ta’siri

Namlik reaktor ishidagi eng kuchli omil bo‘ldi (110 m³/soat va 0,5 sm/soat rejimida):

Namlik oshganda bug‘ parsial bosimi ko‘tarilib, gidratlanish kuchi ortadi; reaksiya fronti keskinlashadi, issiq zona kengayadi va havoga uzatiladigan issiqlik ko‘payadi.

Suv bug‘i konsentratsiyasi va konversiya

Bug‘ konsentratsiyasi 4 g/kg da 0,2–0,3 mol/m³, 12 g/kg da 0,8 mol/m³ ga yetdi. Kirishdan chiqishga qarab konsentratsiyaning kamayishi tuz tomonidan suv yutilganini ko‘rsatadi.

Mahalliy konversiya (X) konturlarida maksimal qiymat bor-yo‘g‘i 9% (0,09) atrofida qoldi. Bu simulyatsiya vaqtida tuzning to‘liq gidratlanmaganini bildiradi. Eksperimentda ham konversiya 1,7–8,7% oralig‘ida bo‘lgan. Demak, barqaror issiqlik quvvati olinsa ham, bitta o‘tishda tuzning kimyoviy sig‘imidan to‘liq foydalanilmaydi.

Bug‘ bosimi nazoratidagi rejim

Reaktor ko‘rsatkichlari qatlam tezligiga qaraganda kirish namligiga ancha kuchli ta’sirlanishi «bug‘ bosimi nazoratidagi rejim» deb ataldi. Bu rejimda asosiy harakatlantiruvchi kuch suv bug‘ining muvozanat bosimidan farqidir.

Baypas koeffitsiyentining ta’siri

Baypas (havoning tuzga tegmasdan o‘tib ketishi) ortgani sari foydali issiqlik pasaydi:

Bu havo taqsimlagichlari va korpus germetikligining muhimligini ko‘rsatadi.

Tuzning issiqlik o‘tkazuvchanligi va qatlam o‘tkazuvchanligi

Tuzning issiqlik o‘tkazuvchanligi 0,7 dan 8 W/(m·K) gacha o‘zgarganda haroratlar deyarli o‘zgarmadi, chunki yupqa qatlamda konveksiya va reaksiya issiqligi ustunlik qilgan.

Qatlam o‘tkazuvchanligi (permeability) 10⁻¹² m² ga tushirilganda gazning kontaktlanishi yaxshilanib hisoblangan issiqlik oshgan, ammo bu rejimda nasos/ventilyator quvvati keskin ortishi hisobga olinmagan.

Tadqiqotning asosiy muhandislik xulosalari

• Reaktor ishi qatlam tezligidan ko‘ra kiruvchi namlikka ancha sezgir.
• Maksimal issiqlik 12 g/kg namlikda olindi; qishki amaliy rejim sifatida 9 g/kg taklif etildi.
• 110 m³/soat havo sarfi kontakt vaqti bilan issiqlik ko‘chirishning optimal nuqtasidir.
• Yuqori qatlam tezligi quvvatni saqlasa-da, bitta o‘tishdagi konversiyani pasaytiradi.
• Baypasni kamaytirish kimyoviy kinetikani o‘zgartirmasdan issiqlikni oshiruvchi asosiy usuldir.
• Simulyatsiyada to‘liq gidratlanish yuz bermadi (maksimal mahalliy konversiya ≈ 9%).

Binolarni isitish nuqtayi nazaridan ahamiyati

Chiqish havosi harorati 33–35°C ga yetishi past haroratli isitish tizimlari yoki issiqlik nasoslari manbai sifatida qulaydir. Biroq tadqiqot to‘g‘ridan-to‘g‘ri bino issiqlik yuki, radiatorlar yoki yillik iqlim profili simulyatsiyasini bajarmagan.

Tadqiqotning kuchli tomonlari

• Ochiq termokimyoviy reaktorni 3D ko‘p fizikali modellashtirgan.
• Qattiq jism harakatini ALE harakatlanuvchi to‘r bilan ifodalagan.
• G‘ovakli oqim, reaksiya, namlik va issiqlikni birgalikda yechgan.
• Reaksiya fronti, namlik va konversiyani fazoviy tasvirlagan.
• Natijalarni tajriba ma’lumotlari bilan solishtirgan.
• Namlik, havo sarfi, qatlam tezligi, baypas va o‘tkazuvchanlikni alohida tahlil qilgan.

Tadqiqotning cheklovlari

• Yangi eksperimental ma’lumotlar berilmagan.
• Tuzning uzoq muddatli siklik barqarorligi o‘rganilmagan.
• Aglomeratsiya, suyulib ketish, maydalanish hisobga olinmagan.
• Ventilyatorning elektr sarfi hisob-kitoblarga kiritilmagan.
• Haqiqiy iqlimiy namlik tebranishlari vaqt qatori sifatida kiritilmagan.
• COMSOL fayllari va to‘liq kodlar ochiq berilmagan.
• Tadqiqot taqrizdan o‘tmagan.

Tadqiqot nimani tasdiqlaydi?

• SrBr₂ asosidagi harakatlanuvchi qatlamli reaktorni 3D sonli modellashtirish mumkinligini ko‘rsatadi.
• Kirish namligi harorat va foydali issiqlikka hal qiluvchi ta’sir qilishini tasdiqlaydi.
• O‘rtacha havo sarfi (110 m³/soat) eng yaxshi issiqlik ko‘rsatkichini berishini namoyish etadi.
• Reaksiya fronti kirish tomonida boshlanib, namlik bilan kengayishini ko‘rsatadi.
• Barqaror issiqlik quvvati tuzning to‘liq konversiyasisiz ham olinishi mumkinligini tasdiqlaydi.

Tadqiqot nimani isbotlamaydi?

• Reaktor haqiqiy binoda mavsumiy isitishni to‘liq ta’minlashini isbotlamaydi.
• 12 g/kg yoki 9 g/kg barcha iqlimlar uchun universal ekanini ko‘rsatmaydi.
• Tuz minglab sikllar davomida parchalanmasdan ishlashini kafolatlamaydi.
• Foydali issiqlik net tizim FIK ekanini anglatmaydi.

Tadqiqot usuli va natijalari

Texnik uslubiyot xulosasi

Asosiy parametrik natijalar

Manba va metodologiya eslatmasi

Tadqiqotning asl nomi: 3D Multiphysics Modeling of a Moving-Bed Thermochemical Reactor: Performance Analysis and Optimization under Humid Air Conditions

Mualliflar va ularning tartibi: Sanaz Akbarzadeh; Abhishek K. Singh; Haoshui Yu; Ahmad Arabkoohsar.

Teng hissa: PDF da teng birinchi mualliflik bayonoti berilmagan.

Mas’ul muallif: Ahmad Arabkoohsar (ahmar@dtu.dk).

Muassasalar:

1. Fuqarolik va mexanika muhandisligi kafedrasi, Daniya texnika universiteti (DTU), Kongens Lyungbyu, Daniya.
2. Termik va gidravlik muhandislik kafedrasi, Tvente universiteti, Niderlandiya.
3. Energetika kafedrasi, Olborg universiteti, Olborg, Daniya.

DOI: 10.2139/ssrn.6945146

Manba turi: 3D sonli modellashtirish va parametrik reaktor tahlili preprinti.

Taqriz holati: Tadqiqot ilmiy taqrizdan o‘tmagan.

Nashr platformasi: SSRN.

SSRN sanasi: 2026-yil 15-iyun.

Sahifalar soni: 46.

Rasmiy havolalar:SSRN maqola sahifasi va DOI havolasi.

Moliyalashtirish: Yevropa Ittifoqining Marie Skłodowska-Curie Action / Horizon Europe dasturi (loyiha raqami 101147098) tomonidan moliyalashtirilgan.

Manfaatlar to‘qnashuvi: Mualliflar manfaatlar to‘qnashuvi yo‘qligini bildirganlar.

Ushbu ilmiy sharh yuklangan 46 sahifalik PDF hujjatiga asoslanib tayyorlandi. PDF da bo‘lmagan yangi eksperimental natija yoki iqtisodiy tejamkorlik da’vosi qo‘shilmadi. Tashqi manbalardan faqat bibliografik ma’lumotlarni tekshirish uchun foydalanildi.

PDF dagi ichki tafovutlar va noaniqliklar

• Havo sarfi oralig‘i: Uslubiyotda 25–100 m³/soat deyilgan, amalda 80–140 m³/soat ishlatilgan.
• Boshlang‘ich gidrat formulasi: Monogidrat deyilgan holda X≈0 yozilgan (monogidratda X=1 bo‘lishi kerak).
• Tasdiqlash xatoligi: Annotatsiyada ±1–4% deyilgan, 4-jadvalda esa xatolar 8% gacha yetgan.
• Solishtirma issiqlik birligi: 3-jadvalda tuz uchun 970 J/(g·K) yozilgan, bu 970 J/(kg·K) bo‘lishi kerak.
• Atama xatosi: 7-rasm izohida boshlanish «degidratlanishdan oldin» deb yozilgan, jarayon esa gidratlanishdir.

Ushbu cheklovlar modelning qadrini tushirmaydi, ammo natijalarni qayta takrorlash va sanoatga tatbiq etish uchun bu noaniqliklar inobatga olinishi lozim.