论文部分内容阅读
为了达到商业化要求的500km续驶里程,70MPa车用高压气态储氢系统已经被应用在美国和日本等国研究机构的示范氢能汽车上。但是为了满足商业化加氢的时间要求(5kg,3min),70MPa的车用储氢气瓶内部会产生显著的温升,可能会引起储氢气瓶碳纤维增强复合材料层的失效。因此70MPa车用储氢气瓶的快充温升研究已成为氢能汽车技术亟待解决的问题之一。本文通过热力学理论分析,对影响70MPa车用储氢气瓶快充过程温升的主要因素进行了研究。基于对快充过程的合理简化,建立了考虑湍流、真实气体效应和固体传热的高压储氢气瓶的快充过程数值仿真模型(2D轴对称和3D),并利用试验数据验证了模型的精度。通过数值分析的方法,对影响快充温升大小及其分布的各种充装条件和结构等因素进行了相应的模拟分析与讨论,得到了这些因素对快充温升的影响规律和初步的温度控制策略。得出的主要结论如下：(1)高压储氢气瓶快充过程中内部氢气的温升大小主要受到压缩、节流效应、氢气动能的内能转化量以及环境换热等因素的影响。(2)由于HDPE内衬拥有较低的热导率和较高的比热,这导致了IV型气瓶的散热效率相对低下；对工作压力70MPa的车用储氢气瓶快充过程,IV型气瓶内的氢气温升情况要比III型气瓶更为恶劣。(3)通过对70MPa车用储氢气瓶快充过程的温升机理和影响因素的研究,提出了初步的温度控制策略：通过控制加注速率延长系统的散热时间,从而控制温升；通过合理地降低加注氢气的温度,达到降低气瓶内部氢气最终温度的目的；通过优化气瓶的结构设计,改善气瓶内部氢气的温度分布,使其更为均匀。本文研究成果可以为工作压力70MPa的车用储氢系统的快充温升控制以及加氢站的充装工艺条件的优化选择提供指导,并为氢燃料电池车储氢系统的安全运行及相关技术标准的制定提供必要的理论和技术支持。