高壓氫氣快充溫升控制及泄漏擴(kuò)散規(guī)律研究.pdf

1、隨著化石能源的日益枯竭以及對(duì)環(huán)境問題的關(guān)注，氫能以其可再生、無污染等特性在未來可能成為重要的二次能源。目前高壓儲(chǔ)氫以其儲(chǔ)氫容器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壓縮氫氣能耗少、充裝和排放速度快等優(yōu)點(diǎn)被絕大多數(shù)加氫站和氫能汽車采用，而高壓供儲(chǔ)氫在實(shí)際應(yīng)用過程中存在一定的危險(xiǎn)性，因此安全可靠的高壓儲(chǔ)氫技術(shù)是氫能廣泛應(yīng)用急需解決的關(guān)鍵問題之一。
　　 針對(duì)氫氣快速充裝溫升、高壓氫氣泄漏擴(kuò)散等儲(chǔ)氫安全問題，本文在國(guó)家高技術(shù)研究計(jì)劃(“863”計(jì)劃)目標(biāo)導(dǎo)向課題

2、項(xiàng)目“高壓容器儲(chǔ)氫技術(shù)和裝備(2006AA052143)”、國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)課題“高密度車載儲(chǔ)氫新體系及其安全性預(yù)測(cè)理論研究(2007CB209706)”和美國(guó)交通部資助的中美合作項(xiàng)目“Safety Issues Related to Transport and Storage of Hydrogen Fuelsin Northern Climates(Grant No.DTOS59-06-G-00048)”的支持

3、下，開展了相關(guān)的研究。主要研究?jī)?nèi)容和成果如下：
　　 (1)在氫氣瓶快充溫升理論分析的基礎(chǔ)上，建立了氫氣瓶快充溫升理論分析模型，并對(duì)氣瓶壁面絕熱狀態(tài)下的溫升進(jìn)行了分析計(jì)算，得到了絕熱條件下的快充溫升大小，即確定了充裝過程可能的最高溫升，同時(shí)得出了初始溫度、初始?jí)毫Φ葏?shù)對(duì)絕熱溫升的影響規(guī)律?？紤]到非絕熱充裝的復(fù)雜性，基于真實(shí)氣體狀態(tài)方程與Spalart-Allmaras湍流模型，建立了精度較高的氫氣瓶快充過程溫升數(shù)值計(jì)算模型，模

4、型可用于不同充裝參數(shù)下氣瓶?jī)?nèi)溫升的預(yù)測(cè)。
　　 (2)國(guó)內(nèi)首次開展了氫氣瓶快充溫升試驗(yàn)研究，搭建了氫氣瓶快充溫升測(cè)試平臺(tái)，得到了大量的快充溫升數(shù)據(jù)?；跍y(cè)試平臺(tái)對(duì)氫氣瓶快充過程的非定常流動(dòng)進(jìn)行了研究，得到了氣瓶壓力、儲(chǔ)氫罐壓力、氣瓶?jī)?nèi)溫度、加注流量等在快充過程中的變化規(guī)律，通過試驗(yàn)得出了氣瓶初始?jí)毫?、快充速率等參?shù)對(duì)快充溫升的影響規(guī)律。
　　 (3)針對(duì)35MPa150L氫氣瓶，依據(jù)試驗(yàn)與數(shù)值模擬結(jié)果，得出了較為精確的溫

5、升計(jì)算公式?；诠?，得出了不同充裝參數(shù)下的充裝速率限制值，并提出了控制快充溫升的方法，研究結(jié)果表明通過控制充裝速率或初始充裝溫度能有效地控制氫氣瓶充裝溫升。得出了額定充裝量下不同充裝參數(shù)時(shí)的充裝壓力。
　　 (4)建立了高壓氫氣與天然氣的泄漏擴(kuò)散數(shù)值計(jì)算模型，對(duì)氫氣和天然氣的泄漏擴(kuò)散進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。應(yīng)用模型分析了泄漏位置、環(huán)境溫度、環(huán)境風(fēng)速、障礙物等對(duì)泄漏擴(kuò)散的影響，并得出了相關(guān)的影響規(guī)律；得到了氫氣不同于天然氣的泄漏擴(kuò)散