車用天然氣吸附儲存及熱效應(yīng)模擬研究.pdf

1、隨著汽車數(shù)量的增多，汽車排放物對環(huán)境造成越來越嚴(yán)重的污染。與汽油相比，天然氣作為汽車燃料是一種相對清潔的燃料，它不僅能夠降低運輸成本，而且可以提高發(fā)動機的熱效率和延長發(fā)動機的使用壽命。目前使用天然氣做汽車燃料的關(guān)鍵是發(fā)展一種合適的儲氣方式，壓縮天然氣（CNG）儲存技術(shù)比較成熟，已廣泛應(yīng)用于天然氣汽車，但 CNG高壓設(shè)備存在安全隱患。液化天然氣（LNG）儲氣方式,低溫冷卻技術(shù)復(fù)雜，建設(shè)投資巨大，且液化氣瓶維護困難。
　　吸附天然氣(

2、ANG)儲存量大，儲存狀態(tài)是常溫、中低壓(3MPa～4MPa)，尤其適用于車用燃料。但目前吸附儲存天然氣應(yīng)用于汽車的主要瓶頸問題，是沒有很好的解決吸脫附過程熱效應(yīng)的不利影響：一方面在加氣站完成的充氣吸附過程，是放熱過程，必須對系統(tǒng)降溫；另一方面汽車行駛中完成的放氣脫附過程，需要吸熱，必須給系統(tǒng)補充熱量。
　　本文針對車用天然氣儲罐吸脫附過程產(chǎn)生的熱效應(yīng)問題，進行了理論研究，模擬計算了吸脫附過程中儲罐內(nèi)溫度、壓力和吸附量的變化，分析

3、了影響吸脫附量的因素，并提出了解決熱效應(yīng)的措施，具體工作如下：
　　首先，從吸附的原理和本質(zhì)出發(fā)，通過對實驗數(shù)據(jù)的分析，選取了吸附等溫線模型，并利用克勞修斯-克拉貝龍方程計算得到等量吸附熱。通過研究吸脫附過程的熱力學(xué)路徑，分析了熱效應(yīng)對吸脫附過程的影響。同時分析了吸附天然氣用于汽車的可行性及存在的問題。
　　其次，以車用吸附儲罐為研究對象，建立了儲罐吸附過程的數(shù)學(xué)模型，用 SIMPLER算法求解了壓力速度和溫度耦合問題，得到

4、儲罐內(nèi)部壓力場、溫度場和速度場。通過對計算結(jié)果的分析得出：快速充氣時，儲罐內(nèi)部溫度迅速升高，嚴(yán)重影響充氣量，長時間的充氣和外壁面采用強迫對流的方式散熱能緩解熱效應(yīng)，增加充氣量。
　　再次，根據(jù)車用儲罐脫附過程中天然氣流動和換熱的特點，建立了車用儲罐脫附過程的動態(tài)模型，通過分析脫附過程中儲罐壁溫、罐內(nèi)壓力、吸附劑溫度以及罐外自然對流等參數(shù)的變化，得到影響脫附量和脫附效率的主要因素。通過分析計算結(jié)果得出：脫附過程中，儲罐中心附近溫度最

5、低；罐壁外側(cè)的自然對流換熱對脫附性能的影響很小。
　　本文進一步提出利用發(fā)動機余熱作為加熱熱源，補充脫附過程所需熱量的可行方案，通過模擬計算，得出應(yīng)用發(fā)動機冷卻水和煙氣進行脫附，可使脫附效率提高12.34％和14.17%。
　　最后，本文針對活性碳纖維（ACF）具有高吸附存儲性和良好導(dǎo)電發(fā)熱性的特點，通過實測碳纖維的電阻，研究了發(fā)動機余熱加熱儲罐外壁面和通電加熱碳纖維吸附劑兩種工況下的脫附性能。通過分析得到：電加熱碳纖維能從