車用吸附儲(chǔ)氧系統(tǒng)的仿真與優(yōu)化.pdf

1、石油推動(dòng)了20世紀(jì)世界的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，然而隨著石油峰值的來(lái)臨，石油經(jīng)濟(jì)無(wú)疑將面臨終結(jié)。因此，以新能源為基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)得到了世界范圍經(jīng)濟(jì)學(xué)家和政客的青睞和支持。多年來(lái)，過(guò)分依賴于石油的汽車業(yè)也一直受到社會(huì)各界的口誅筆伐，此外在環(huán)保問(wèn)題上亦是非議不斷。包括氫氣在內(nèi)的多種替代動(dòng)力燃料受到了廣泛的關(guān)注和研究，前景廣闊的氫動(dòng)力汽車是汽車業(yè)走出困境的選擇之一。
　　 近年來(lái)，世界各大汽車制造商均致力于氫動(dòng)力汽車(包括燃料電池汽車和氫內(nèi)燃機(jī)汽車)的商

2、業(yè)化應(yīng)用，然而車用儲(chǔ)氫系統(tǒng)仍然是其主要瓶頸。低溫吸附儲(chǔ)氫系統(tǒng)是目前少數(shù)幾個(gè)能夠較好達(dá)到美國(guó)能源部(DOE)輕型車輛儲(chǔ)氫系統(tǒng)目標(biāo)的解決方案之一。因此，通過(guò)系統(tǒng)分析來(lái)設(shè)計(jì)和優(yōu)化吸附儲(chǔ)氫系統(tǒng)勢(shì)在必行。
　　 本文基于基本熱力學(xué)定律建立了吸附儲(chǔ)氫系統(tǒng)集總參數(shù)模型，采用修正的Dubinin-Astakhov(D-A)模型描述活性炭吸附氫氣等溫線，并采用基于D-A方程的變化吸附熱描述儲(chǔ)氫過(guò)程吸附熱變化。在此基礎(chǔ)上，基于MATLAB/SIMU

3、LINK平臺(tái)建立了吸附儲(chǔ)氫過(guò)程仿真模型。吸附儲(chǔ)氫系統(tǒng)集總參數(shù)模型得到了加拿大三河城魁北克大學(xué)氫能研究所(IRH)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　 首先，吸附儲(chǔ)氫系統(tǒng)集總參數(shù)模型應(yīng)用于常溫水冷卻儲(chǔ)氫系統(tǒng)，通過(guò)與兩種不同冷卻條件(冰水和室溫水冷卻)下的實(shí)驗(yàn)對(duì)比，標(biāo)定了模型參數(shù)。仿真壓力結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合良好。此外，本文通過(guò)熱容平均溫度比較了0維集總參數(shù)模型與2D COMSOL模型的仿真結(jié)果，同樣獲得了良好的吻合度。因此，吸附儲(chǔ)氫系統(tǒng)集總參數(shù)模型能

4、夠很好地預(yù)測(cè)儲(chǔ)氫過(guò)程壓力和溫度的變化。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)參數(shù)化研究驗(yàn)證了變化吸附熱正確性、換熱系數(shù)的有效性，并分析了儲(chǔ)氫壓力對(duì)儲(chǔ)氫量的影響。
　　 然后吸附儲(chǔ)氫系統(tǒng)集總參數(shù)模型得到了低溫吸附儲(chǔ)氫實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證。仿真結(jié)果顯示，在同等儲(chǔ)氫壓力下，該低溫吸附儲(chǔ)氫系統(tǒng)儲(chǔ)氫量近7倍于常溫活性炭吸附儲(chǔ)氫系統(tǒng)。隨后，近一步研究了充氣流率、氣源溫度、儲(chǔ)氫系統(tǒng)孔隙率以及儲(chǔ)氫壓力對(duì)儲(chǔ)氫系統(tǒng)性能的影響。研究表明需要最低200 SLPM的充氣流率和最小150