传统化石能源的日益枯竭使得新型能源的发展成为各国关注的焦点,其中关于氢能的研究成为各国的研究热点。氢能的有效利用首要解决的是氢能的存储问题,为此国际热核聚变实验堆项目(ITER)和中国核聚变实验堆项目(CFETR)中都涉及到氢的快速存储问题。合金储氢因其储氢量大、储氢条件温和成为储氢的一种重要方式,其中ZrCo合金作为一种具有低压氢同位素捕捉能力的储氢合金被视为极有可能代替铀作为ITER项目的重要涉氢工程中的氢储存材料。另外ZrCo合金储氢发生的是可逆的放热化学反应,在反应中的放热效应会对储氢反应量,储氢反应罐的使用寿命都有影响,因此深刻理解反应器内的温度梯度分布及导热效应对于提高储氢反应器的使用寿命以及提高储氢量都有重要的影响。因此本文依托项目需要建立ZrCo合金储氢过程的含化学反应源项的数值模型以及含换热的多场耦合分析数值模型。在Fluent流场软件中采用UDF编程的方法实现源项程序的加载。考虑多参数对ZrCo储氢反应床吸氢过程温度变化的影响以及温度梯度的分布,最后根据多参数影响效应对反应床进行结构优化设计。因此本文开展了如下工作:第一,本文首先建立对耳式二维吸氢反应床体,随后结合Fluent的能量控制方程建立含化学反应吸氢热源项的二维反应器数值模型,以及传热数值模型并将其中的能量源项利用UDF编程二次开发程序实现源项的编译。接着采用Fluent数值分析法讨论冷却介质流速的不同、冷却介质种类的不同、不同外壁材质、反应区不同高径比以及Al粉掺杂改变储氢材料热导率与热容的影响。最后基于5种影响因素确定反应器的相对最优设计参数设计3种优化方案,最终确定方案2:在方案1加入中心冷却导管的基础上,分别加入3个传热翅片为最终方案。第二,在开展的二维吸氢数值模型的基础上,运用相关储氢理论,开展了三维吸氢反应区数值模型。其中定义储氢层材料为多孔介质区域,并采用达西定律定义氢气的渗透,并根据吸氢速率方程、质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程建立含化学吸氢热源项的数值模型,并利用UDF程序实现三维吸氢热源项的编译。接着建立多场耦合数值分析,建立不含加热装置的三维双层薄壁反应器的结构网模型。最后,Fluent中数值分析更新计算中心反应层处的温变效应并与Kang实验对比验证,结果表明数值模型的有效性。第三,开展了双层薄壁反应器下吸氢操作参数与床层参数的影响效应。在吸氢参数下我们考虑了冷却水流速的影响、不同初始反应温度的影响以及Cu粉的掺杂改变储氢材料热导率和热容的影响。而对于床层参数考虑了不同储氢材料效应和不同储氢层厚度的影响。在开展吸氢操作参数与床层结构参数对吸氢反应床最优解的基础上,建立了2种结构优化方案设计:方案1(30组冷却通道式)和方案2(24组冷却通道+传热翅片式)。