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真空 2024年第3期61卷 26-32页

作者：杨刚欧晨希陈新辉黄思广东省特种设备检测研究院广东佛山528000 华南理工大学机械与汽车工程学院广东广州510641

以某款车用碳纤维全缠绕储氢气瓶为研究对象,基于ANSYS Workbench平台,充分考虑气瓶不同结构层的差异性和温度载荷分布不均匀性,进行了流热固耦合模拟计算分析。首先对气瓶快速充装过程内部气体流场进行三维数值模拟研究其温升规律,然... 详细信息

以某款车用碳纤维全缠绕储氢气瓶为研究对象,基于ANSYS Workbench平台,充分考虑气瓶不同结构层的差异性和温度载荷分布不均匀性,进行了流热固耦合模拟计算分析。首先对气瓶快速充装过程内部气体流场进行三维数值模拟研究其温升规律,然后将流场计算结果加载到气瓶结构层进行稳态热分析,最后将流场及热分析结果均加载到气瓶结构层进行结构静力学分析。结果表明:当充装结束时,气瓶最高温度及碳纤维复合层受到的最大应力均出现在瓶尾封头和筒体的连接处;相较于内压引起的机械应力,温度载荷引起的热应力很小;机械应力与耦合应力数值相差不大,碳纤维复合层的机械应力略小于耦合应力,而铝合金内胆层由于膨胀系数大,温度载荷引起的压缩热应力抵消了一部分机械应力,使得耦合应力小于机械应力。

关键词：碳纤维全缠绕储氢气瓶快充温升流热固耦合

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复合材料氢气瓶无损检测及其快充温升研究

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中国科技成果 2016年第19期17卷 55-57页

作者：刘延雷杨象岳李伟忠陈涛王兵廖晓玲王飞杭州市特种设备检测研究院浙江杭州310051

高压氢气在新能源氢能汽车上多用轻量化的碳纤维气瓶充装。该系列气瓶由于制造工艺复杂，破坏机理复杂，其无损检测难度较大。且由于复合材料对温度的敏感性较高，一般限制氢气瓶使用最高温度为85℃。本文通过理论、数值仿真、实验研究... 详细信息

高压氢气在新能源氢能汽车上多用轻量化的碳纤维气瓶充装。该系列气瓶由于制造工艺复杂，破坏机理复杂，其无损检测难度较大。且由于复合材料对温度的敏感性较高，一般限制氢气瓶使用最高温度为85℃。本文通过理论、数值仿真、实验研究等方法，提出了复合材料氢气瓶无损检测的方法和充装过程中的温升控制策略，相关研究对于氢气的安全利用具有重要实际意义。

关键词：氢气瓶无损检测声发射快充温升数值仿真控制对策

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车用高压储氢气瓶快充过程温升研究进展

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可持续能源 2013年第6期3卷 110-115页

作者：刘延雷夏福勇余兵赵永志刘格斯杭州市特种设备检测院杭州浙江大学化工机械研究所杭州

随着氢能汽车的发展,相关的氢安全研究得到了重视。车用氢气瓶在快充过程中由于时间较短,充装速率较快,导致产生较高温升。而复合材料氢气瓶对温度有限制,要求不高于80℃。因此,针对氢气瓶的快充温升研究具有重要的实用意义。本文从试... 详细信息

随着氢能汽车的发展,相关的氢安全研究得到了重视。车用氢气瓶在快充过程中由于时间较短,充装速率较快,导致产生较高温升。而复合材料氢气瓶对温度有限制,要求不高于80℃。因此,针对氢气瓶的快充温升研究具有重要的实用意义。本文从试验、数值仿真、专利、标准等方面,介绍了目前氢气瓶快充过程温升的研究进展,并提出了仍待解决的问题。

关键词：高压氢气瓶快充温升研究现状试验数值模拟专利标准

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Ⅲ型储氢气瓶充压温升规律研究及结构力学性能分析

Ⅲ型储氢气瓶充压温升规律研究及结构力学性能分析

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作者：欧晨希华南理工大学

学位级别：硕士

35MPa金属内胆碳纤维全缠绕储氢气瓶(Ⅲ型)是我国燃料电池商用车的车载储氢容器,由于碳纤维缠绕层对温度和压力具有较高的敏感性,快速的升温升压会导致缠绕层脱粘、纤维断裂等问题,当前加氢站的充气加压程序还不够科学完善,势必会导致... 详细信息

35MPa金属内胆碳纤维全缠绕储氢气瓶(Ⅲ型)是我国燃料电池商用车的车载储氢容器,由于碳纤维缠绕层对温度和压力具有较高的敏感性,快速的升温升压会导致缠绕层脱粘、纤维断裂等问题,当前加氢站的充气加压程序还不够科学完善,势必会导致气瓶在日后不断的充装过程中产生新的缺陷。因此本文对碳纤维Ⅲ型储氢气瓶充气过程的升温、升压机理展开研究,采用理论分析、数值模拟和现场试验相结合的方式,深入分析充气过程热量堆积产生的温度分布规律和瓶体受力,并运用声发射检测手段进行实时监控瓶体损伤,为今后加氢站及检验检测单位对充装工艺的优化提供试验依据,主要研究内容如下:(1)在气瓶充压温升理论分析基础上,建立气瓶快充数学模型,通过Fluent流体分析软件对气瓶进行模拟计算和后处理,探究影响气瓶充压温升的因素。结果表明,充装初始压力和氢气充装方式的不同对温升影响最大,预冷温度次之,而环境温度与气瓶容积的影响则较小,但气瓶长径比的不同会影响气瓶快充温度及流场的分布,气瓶快充结束温度越低,充装率越大。(2)基于声发射检测技术对气瓶材料进行力学性能测试,得到试样的应力应变曲线,当声发射信号门槛值设置低于40d B时,只采集到碳纤维复合材料发出的信号,可用于排除铝合金内胆产生的缺陷。对气瓶进行水压试验,采集气瓶升压和保压过程中的声发射信号并进行损伤定位,发现气瓶筒体与尾部封头的连接区域是薄弱位置,容易发生损伤。(3)通过ANSYS Workbench有限元软件实现流-热-固耦合计算,获得充装完成时刻瓶体结构的耦合应力,相比于升压引起的机械应力,热应力对耦合应力影响很小,碳纤维复合层最大耦合应力位于气瓶筒体和尾部封头连接处,与水压试验中声发射信号结果一致。(4)搭建试验平台,进行充气试验,结果与数值分析吻合。除了关注气瓶最终温度以及充装率,在选择充装参数时应在合理范围内降低能耗。利用气瓶结构设计、通过预冷装置对氢气降温、适当延长充装时间和采用分级充装等方法制定对气瓶快充的温升控制策略,并对气瓶充装过程进行安全监测。

关键词：碳纤维全缠绕储氢气瓶快充温升热流固耦合声发射损伤检测

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加氢站高压氢气充装策略及泄漏爆炸后果预测研究

加氢站高压氢气充装策略及泄漏爆炸后果预测研究

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作者：李静媛浙江大学

学位级别：硕士

为了应对日益严峻的能源紧缺和环境污染问题,清洁、高效的氢燃料电池汽车是新能源汽车一个重要发展方向,加氢站作为氢燃料电池汽车商业化运行的必备基础设施,其关键技术和安全保障对氢燃料电池汽车的推广和利用具有重要意义。高压氢气... 详细信息

为了应对日益严峻的能源紧缺和环境污染问题,清洁、高效的氢燃料电池汽车是新能源汽车一个重要发展方向,加氢站作为氢燃料电池汽车商业化运行的必备基础设施,其关键技术和安全保障对氢燃料电池汽车的推广和利用具有重要意义。高压氢气在快速充装过程中温度升高明显,严重威胁车用储氢系统的安全,此外氢气易泄漏、易扩散和易燃易爆的特性也是加氢站安全建设中必须考虑的难题。本文分别针对加氢站高压氢气快速充装策略和泄漏爆炸后果预测等氢能利用和储存的安全问题开展了较为系统的研究。主要研究内容如下：(1)基于高压氢气快速充装过程的主要产热机制以及散热机制,综合考虑氢气真实气体性质,建立高压氢气快充温升的一维数值模型,并对Ⅲ型和Ⅳ型气瓶的各产热和散热机制进行量化计算,明确了产热和散热的主要影响因素。(2)以不同充装条件和环境参数对快充结束后氢气温度的影响规律为基础,制定了适用于储氢质量为2～4kg和5～7kg、工作压力为70 MPa Ⅲ型车用储氢系统的充装策略,该策略能够提高预冷温度等级,有助于节省设备投入和预冷能耗。(3)利用三维CFD数值模拟软件FLACS对39 MPa高压氢气发生泄漏后从扩散至点火爆炸的全过程进行模拟,并对可燃氢气云的扩散过程和爆炸后果进行定量分析。(4)探究了不同环境风速、环境温度和点火时间、点火位置对爆炸强度和危害距离等事故后果评价指标的影响规律,明确了爆炸强度和危害距离的决定因素。本文的研究成果可以为加氢站70MPa Ⅲ型车用储氢系统快速充装过程中工艺参数的选择提供指导,也能够为加氢站定量风险评价提供理论支持。

关键词：高压氢气快充温升充装策略泄漏爆炸 FLACS

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