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高压氢气泄漏扩散多物理场耦合仿真与应急响应1

高压氢气泄漏扩散多物理场耦合仿真与应急响应

高压氢气泄漏扩散多物理场耦合仿真与应急响应

摘要

随着全球能源结构向低碳化转型，氢能作为一种清洁高效的二次能源，在交通、工

业和能源存储等领域展现出广阔的应用前景。然而，高压氢气的易燃易爆特性使其在储

存、运输和使用过程中存在泄漏扩散风险，可能引发火灾、爆炸等严重事故。因此，研

究高压氢气泄漏扩散的多物理场耦合行为，并制定科学的应急响应策略，对保障氢能安

全利用具有重要意义。

本报告基于计算流体力学（CFD）、多物理场耦合理论和应急响应技术，系统分析

高压氢气泄漏扩散的动力学特性，构建高精度仿真模型，并结合实际案例提出优化应急

响应方案。报告涵盖理论分析、数值模拟、实验验证及工程应用等多个层面，旨在为氢

能安全管理和事故防控提供科学依据。

关键词：高压氢气；泄漏扩散；多物理场耦合；数值仿真；应急响应

1.引言

1.1研究背景

氢能作为未来能源体系的重要组成部分，其安全利用是推动氢能产业发展的关键。

高压氢气储存和运输是氢能应用的主要形式，但高压环境下的氢气泄漏可能导致快速

扩散、燃烧甚至爆炸，对人员和设施构成严重威胁。近年来，国内外已发生多起氢气泄

漏事故，凸显了安全研究的紧迫性。

1.2研究意义

理论意义：揭示高压氢气泄漏扩散的多物理场耦合机制，完善氢安全理论体系。

实践意义：为氢能设施设计、安全评估和应急响应提供技术支撑。

政策意义：响应国家《氢能产业发展中长期规划年）》对氢安全的要求。

1.3研究目标

建立高压氢气泄漏扩散的多物理场耦合模型。

分析不同工况下的氢气扩散规律及影响因素。

提出基于仿真结果的应急响应优化策略。

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1.4研究内容

高压氢气泄漏的动力学特性分析。

多物理场耦合仿真模型构建与验证。

应急响应策略优化与案例应用。

1.5报告结构

本报告共分为14章，系统阐述高压氢气泄漏扩散的仿真方法、实验验证及应急响

应策略，为氢能安全利用提供全面解决方案。

2.研究概述

2.1研究范围

本报告聚焦于高压氢气（压力35MPa）在储存、运输和使用过程中的泄漏扩散行

为，涵盖室内外不同环境场景。

2.2研究方法

数值仿真：基于CFD方法建立多物理场耦合模型。

实验验证：结合实验室scale实验和工业案例数据。

案例分析：选取典型氢气泄漏事故进行反演分析。

2.3技术路线

1.理论分析：氢气泄漏扩散的流体力学、热力学及化学反应机理。

2.模型构建：基于ANSYSFluent等平台开发仿真模型。

3.验证优化：通过实验数据校准模型参数。

4.应用推广：提出工程化应急响应方案。

2.4创新点

提出高压氢气泄漏扩散的“流热化”多场耦合模型。

结合人工智能技术优化应急响应决策。

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2.5预期成果

发表高水平学术论文35篇。

开发氢气泄漏仿真软件模块。

形成行业应急响应指南。

3.政策与行业环境分析

3.1国家政策支持

《氢能产业发展中长期规划年）》明确要求加强氢安全技术研发。

《“十四五”能源领域科技创新规划》将氢能安全列为重点研究方向。

3.2行业发展现状

全球氢能市场规模预计2030年达2.5万亿美元。

中国加氢站数量已超过300座，高压储氢技术广泛应用。

3.3安全标准与规范

GB/T345442017《加氢站安全技术规范》

ISO146872:2012《氢燃料质量规范》

3.4国际研究动态

美国能源部（DOE）资助氢安全研究项目。

欧盟H2Tools平台提供氢气泄漏仿真工具。

3.5市场需求分析

氢能汽车、工业氢能等领域对安全技术的需