高壓氫氣快充溫升控制及泄漏擴散規(guī)律研究.pdf

1、隨著化石能源的日益枯竭以及對環(huán)境問題的關注，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。目前高壓儲氫以其儲氫容器結構簡單、壓縮氫氣能耗少、充裝和排放速度快等優(yōu)點被絕大多數(shù)加氫站和氫能汽車采用，而高壓供儲氫在實際應用過程中存在一定的危險性，因此安全可靠的高壓儲氫技術是氫能廣泛應用急需解決的關鍵問題之一。
　　 針對氫氣快速充裝溫升、高壓氫氣泄漏擴散等儲氫安全問題，本文在國家高技術研究計劃(“863”計劃)目標導向課題

2、項目“高壓容器儲氫技術和裝備(2006AA052143)”、國家重點基礎研究發(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測理論研究(2007CB209706)”和美國交通部資助的中美合作項目“Safety Issues Related to Transport and Storage of Hydrogen Fuelsin Northern Climates(Grant No.DTOS59-06-G-00048)”的支持

3、下，開展了相關的研究。主要研究內容和成果如下：
　　 (1)在氫氣瓶快充溫升理論分析的基礎上，建立了氫氣瓶快充溫升理論分析模型，并對氣瓶壁面絕熱狀態(tài)下的溫升進行了分析計算，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，同時得出了初始溫度、初始壓力等參數(shù)對絕熱溫升的影響規(guī)律?？紤]到非絕熱充裝的復雜性，基于真實氣體狀態(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)值計算模型，模

4、型可用于不同充裝參數(shù)下氣瓶內溫升的預測。
　　 (2)國內首次開展了氫氣瓶快充溫升試驗研究，搭建了氫氣瓶快充溫升測試平臺，得到了大量的快充溫升數(shù)據(jù)?；跍y試平臺對氫氣瓶快充過程的非定常流動進行了研究，得到了氣瓶壓力、儲氫罐壓力、氣瓶內溫度、加注流量等在快充過程中的變化規(guī)律，通過試驗得出了氣瓶初始壓力、快充速率等參數(shù)對快充溫升的影響規(guī)律。
　　 (3)針對35MPa150L氫氣瓶，依據(jù)試驗與數(shù)值模擬結果，得出了較為精確的溫

5、升計算公式。基于公式，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)時的充裝壓力。
　　 (4)建立了高壓氫氣與天然氣的泄漏擴散數(shù)值計算模型，對氫氣和天然氣的泄漏擴散進行了數(shù)值模擬研究。應用模型分析了泄漏位置、環(huán)境溫度、環(huán)境風速、障礙物等對泄漏擴散的影響，并得出了相關的影響規(guī)律；得到了氫氣不同于天然氣的泄漏擴散