Integrated experimental and multiphysics modeling investigation of a novel photocatalytic reactor for sustainable hydrogen production
Notice bibliographique
Résumé
This study presents the design, fabrication, and systematic investigation of a novel cylindrical cavity photoreactor integrated with a solar parabolic dish concentrator for photocatalytic hydrogen production through water splitting. A comprehensive research methodology combining rigorous experimental validation with advanced computational fluid dynamics (CFD) modeling is implemented to investigate the complex multiphysics phenomena governing system performance. Silver-doped TiO 2 photocatalysts with various Ag content (5–15 wt%) are synthesized and characterized, with 15 wt% Ag-TiO 2 demonstrating superior visible light absorption through surface plasmon resonance effects and achieving the highest hydrogen production rate of 6.62 mmol g −1 h −1 , 12.35 % higher than the 5 wt% formulation. A sophisticated multiphysics CFD model incorporating Monte Carlo ray-tracing, radiative transfer equations, fluid dynamics, and photocatalytic reaction kinetics is developed and validated against experimental data, exhibiting excellent agreement with mean relative errors of 1.56 % for temperature predictions and 8.37 % for hydrogen production rates. Parametric analysis reveals that positioning the reactor at 0.9 times the focal length yields optimal performance with a 16.87 % enhancement in hydrogen production compared to focal point placement. Further optimization identifies 500 mg/L as the ideal catalyst concentration, balancing enhanced photocatalytic activity with sufficient light penetration to maximize specific hydrogen production (6.31 mmol g −1 h −1 ). The system demonstrates the highest efficiency during the 11: 00–17:00 operational window, coinciding with peak solar irradiance. This integrated experimental-computational approach provides valuable insights for optimizing solar photoreactor design and advances the development of sustainable hydrogen production technologies.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».