车用70MPa储氢气瓶充放气过程温度变化研究.pdfVIP

摘要

氢能是一种高热值、无污染的清洁能源，是未来新能源发展的重要方向。目前，

高压气瓶是主要的储氢设备。在快速充氢和泄氢过程中，气瓶温度会发生明显变化，

甚至超过气瓶安全工作温度范围，产生潜在危险。本课题主要针对车用70MPa复

合材料储氢气瓶冲放气过程温度变化开展研究，对于保障气瓶安全具有明显意义。

首先对储氢气瓶的特性进行调研，获得了安全工作温度范围。通过对高压储氢

气瓶充放氢过程温度变化机理进行分析，确定了热力学、流体力学理论模型。通过

CAD建立了气瓶的二维轴对称模型，运用FLUENT软件开展了充放气过程数值模

拟；通过网格和时间步长无关性分析，获得正确的软件设置；通过对比数值模拟充

气过程获得温度变化情况与实验测试结果进行对比，验证了理论模型的正确性。利

用FLUENT分析了初始压力、环境温度、预冷温度、充装速率对充氢过程温度变化

的影响，结果表明在一定范围内，快充温升随环境温度、预冷温度增加、初始压力

减小而线性升高，随入口质量流量增加而超线性升高；利用工具软件对温升与4个

变量因素的关系进行了经验公式拟合，得出了温升预测公式，用于指导气瓶充氢操

作。通过对泄氢过程数值模拟发现，当氢能汽车以较高速度行驶时（泄氢速率达1

g/s），瓶内温度会降低至233K，影响气瓶安全；通过对不同环境温度、出口质量

流量、泄氢方式条件下的泄氢过程进行数值模拟，结果表明卸氢过程温降随质量流

量增加呈非线性降低、随环境温度增加呈线性升高，不同泄氢方式对泄氢过程中最

低温度相差不大，且在先快后慢的泄氢方式中，瓶内温度在达到最低点时会有所回

升然后再缓慢降低。

关键词工程热力学；充放氢；数值模拟；储氢气瓶；温度变化

Abstract

Hydrogenenergyisakindofcleanenergywithhighcalorificvalueandnopollution,

whichisanimportantdirectionforthedevelopmentofnewenergyinthefuture.At

present,high-pressuregascylindersarethemainhydrogenstorageequipment.Duringthe

rapidhydrogenfillingandhydrogenreleaseprocess,thetemperatureofthegascylinder

willchangesignificantly,evenexceedingthesafeoperatingtemperaturerangeofthegas

cylinder,resultinginpotentialhazards.Thisprojectmainlyfocusesonthetemperature

changeof70MPacompositehydrogenstoragecylindersforvehicles,whichisofobvious

significanceforensuringthesafetyofgascylinders.

Firstly,thecharacteristicsofthehydrogenstoragecylinderwereinvestigated,andthe

safeoperatingtemperaturerangewasobtained.Byanalyzingthetemperaturechange

mechanismofthehigh-pressurehydrogenstoragecylinderduringthechargingand

dischargingprocess,thetheoreticalmodelsofthermodynamicsandfluidmechanicswere

determin