鋁內(nèi)膽纖維全纏繞高壓氫氣瓶耐火及抗疲勞性能研究.pdf

1、氫能作為二次能源以其資源豐富、燃燒值高、經(jīng)濟(jì)性好、可再生等優(yōu)點被認(rèn)為是21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉础Ｆ湓谵I車、客車、摩托車和商業(yè)船等交通工具上的應(yīng)用已經(jīng)成為焦點，對解決國際上所面臨的“能源短缺”和“環(huán)境污染”這兩大難題具有重要意義。
　　 在氫能利用系統(tǒng)中，安全有效的儲氫方法是關(guān)鍵。鋁內(nèi)膽纖維全纏繞高壓氫氣瓶具有承壓能力高、質(zhì)量輕、耐腐蝕性強(qiáng)等優(yōu)良性能，成為當(dāng)前車用儲氫氣瓶的首選。由于車用鋁內(nèi)膽纖維全纏繞高壓氫氣瓶的儲存介質(zhì)為

2、易燃易爆的氫氣，其安全性能是氫燃料電池汽車暫未被公眾廣泛接受的關(guān)鍵因素之一。
　　 為了加速我國車用鋁內(nèi)膽纖維全纏繞高壓氫氣瓶的發(fā)展和應(yīng)用，本文在國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（“973”計劃）課題“高密度車載儲氫新體系及其安全性預(yù)測理論研究”（項目編號：2007CB209706）和國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局公益性行業(yè)科研專項經(jīng)費項目“車用纖維纏繞高壓氫氣瓶標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)研究”（項目編號：10-131）的支持下，對車用鋁內(nèi)膽纖維全纏繞高壓氫氣

3、瓶的耐火和抗疲勞性能進(jìn)行了研究。本文的主要研究內(nèi)容和取得的創(chuàng)新成果為：
　　 (1)對車用鋁內(nèi)膽纖維全纏繞高壓氫氣瓶進(jìn)行了火燒試驗研究，獲得了氣瓶外表面溫度分布及氣瓶內(nèi)部壓力變化的相關(guān)數(shù)據(jù)。試驗數(shù)據(jù)為進(jìn)一步系統(tǒng)地研究鋁內(nèi)膽纖維全纏繞高壓氫氣瓶的耐火性能奠定了基礎(chǔ)。
　　 (2)建立了火燒試驗全過程模型，通過與試驗結(jié)果的比較，驗證了該傳熱模型的準(zhǔn)確性。然后利用該模型進(jìn)行模擬研究，揭示了燃料種類、燃料流量、氣瓶充裝介質(zhì)以及充

4、裝壓力等因素對氣瓶內(nèi)氣體溫升的影響規(guī)律。針對74L、40MPa儲氫氣瓶火燒試驗中燃料種類及相應(yīng)燃料流量的選擇，提出以下建議：當(dāng)使用甲烷氣體為燃料時，其流量需要達(dá)到400 NL/min以上，而使用丙烷氣體為燃料時，其流量需達(dá)到150NL/min以上。此外，研究結(jié)果表明氣瓶內(nèi)充裝介質(zhì)對PRD打開前氣瓶內(nèi)氣體溫升及壓力升高的影響非常小，因此認(rèn)為可使用空氣代替氫氣作為氣瓶的充裝介質(zhì)進(jìn)行火燒試驗，此建議已經(jīng)被《氫燃料電池汽車全球技術(shù)法規(guī)》(HFC

5、V-GTR)所采納。
　　 (3)針對氣瓶PRD打開后高壓氫氣泄放的過程，建立了仿真模型，對氫氣高壓泄放形成的噴射流場的特性進(jìn)行了研究，結(jié)果表明高壓氫氣泄放時形成了欠膨脹噴射流。在此基礎(chǔ)上建立了氫氣高壓噴射火焰的計算模型，對噴射火焰的危害距離進(jìn)行了研究，提出了敞開空間氣瓶火燒試驗時的安全距離。研究了不同類型擋板對氫氣高壓泄放和噴射火焰的影響規(guī)律，并初步提出了有限空間高壓氫氣泄放及噴射火焰的防范措施。
　　 (4)對自行研