鼓风机对燃料电池汽车氢气泄漏吹扫效果的CFD模拟研究

作     者：李志浩 

作者单位：太原理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：武志斐;刘宝乾

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 082304[工学-载运工具运用工程] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：氢燃料电池汽车 数值模拟 高压氢气泄漏 安全 吹扫 

摘      要：近年来,由于环境问题日益突出,各国都在不断探索清洁无污染的能源。氢作为一种清洁、可运输、高效的燃料,被认为是未来社会最有前途的能源载体之一。因此,当前许多国家重点研究氢燃料电池汽车。由于诸多车企大力推广,氢燃料电池汽车的数量正在迅速增加。目前制约其大规模应用的原因有多方面,但氢燃料电池汽车的安全性问题是公众关注的重点。本文针对氢燃料电池汽车可能发生的高压氢气管路意外泄漏以致存在爆炸危险这一问题,提出采用鼓风机对氢燃料电池汽车意外泄漏的氢气进行吹扫的方法,迅速降低车辆周围氢气浓度,规避爆炸的风险。本课题通过理论分析和数值仿真手段对氢燃料电池汽车氢气意外泄漏问题展开研究,具体研究内容如下:(1)基于计算流体力学理论知识以及气体紊流射流理论,对氢气管路的射流特点进行了分析,为下文数学模型参数的确定提供依据;(2)基于实际情况建立燃料电池汽车意外泄漏的物理模型,在气体射流理论的基础上建立气体射流的数学模型,运用Fluent模拟软件对氢气的泄漏过程进行数值模拟。选取相关的氢气泄漏扩散文献对所求解的结果进行验证,探讨氢气泄漏扩散方程以及设置边界条件的可行性;(3)探讨各种因素对氢气泄漏的影响,分别模拟不同温度、空气的相对湿度、不同风速以及有无太阳辐射时,氢气扩散的情况。根据各个因素对氢气在大气中泄漏扩散的影响效果以及不同条件下的摩尔体积分数分布图,分析氢气泄漏扩散的传输机理及其演变规律。对不同鼓风机风向和风速对氢气泄漏扩散的影响进行数值模拟,探讨鼓风机对氢气吹扫的有效性以及不同风向和风速下对氢气吹扫效果的影响;(4)根据氢气泄漏扩散模拟结果,分析氢气泄漏扩散后的爆炸危险区域,确定安全区域,给救援人员实施安全有效的救援提供帮助。通过本课题的研究,可得出燃料电池汽车发生交通事故时氢气的泄漏扩散情况,得到鼓风机对燃料电池汽车在紧急情况下高压氢气泄漏吹扫的效果。同时,给救援人员实施安全有效的救援提供参考。