高壓儲(chǔ)氫容器的安全性能研究是目前氫能源廣泛應(yīng)用所面臨的關(guān)鍵技術(shù),本文以此為背景,在國家“863”高技術(shù)項(xiàng)目的資助下,對儲(chǔ)氫容器裂紋穩(wěn)定性以及氫泄漏擴(kuò)散流場特征進(jìn)行了較為深入的研究。本文針對儲(chǔ)氫容器結(jié)構(gòu)在氫損傷條件下的受力特點(diǎn)以及氫自身的物理化學(xué)性質(zhì),在分析高壓氫氣環(huán)境下裂紋穩(wěn)定性及裂紋擴(kuò)展情況的基礎(chǔ)上,通過數(shù)值模擬揭示了氫氣泄漏擴(kuò)散流場特征,可為氫氣泄漏安全預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供參考。主要完成以下工作:1、以大型儲(chǔ)氫容器為研究對象,系統(tǒng)論述了儲(chǔ)氫容器壁面上貫穿裂紋的受力以及擴(kuò)展情況,研究了氫損傷條件下裂紋擴(kuò)展過程中各種因素之間的物理關(guān)系,并對裂紋擴(kuò)展速度進(jìn)行了理論分析,同時(shí)對判斷裂紋穩(wěn)定性的幾種方法進(jìn)行總結(jié)。2、在一定假設(shè)條件下,研究了氫氣泄漏擴(kuò)散射流流場的數(shù)學(xué)模型,并對求解算法進(jìn)行了詳細(xì)理論闡述。3、利用有限體積法,運(yùn)用FLUENT軟件對氫氣泄漏擴(kuò)散流場進(jìn)行了數(shù)值模擬,分析自由泄漏空間的氫氣泄漏擴(kuò)散情況,得到了流場的速度、壓強(qiáng)、氫氣濃度以及氫氣可燃區(qū)域等物理量的分布情況。同時(shí)對比分析了容器體內(nèi)壓、裂紋孔徑、外來風(fēng)等因素對泄漏擴(kuò)散流場分布的影響。4、通過密閉泄漏空間仿真分析,對氫氣泄漏擴(kuò)散... 

【文章來源】：國防科技大學(xué)湖南省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：91 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

儲(chǔ)氫容器實(shí)物圖

內(nèi)外都把高壓儲(chǔ)氫技術(shù)，作為綜合利用氫能的一個(gè)主要發(fā)展方向[6]。在對充裝氫方面，美國標(biāo)準(zhǔn) DOT3A 和 3AA 中對于氫氣在無縫氣瓶中的充作了很多規(guī)定[6]，明確指出：儲(chǔ)氫高壓氣瓶不能受到?jīng)_擊作用；在使用氫氣的場不能有火星等等。加氫裝置中能引起氫氣泄漏的原因很多，例如裂紋、不見接部縫隙等等，為了保證使用的安全性，就需要在系統(tǒng)關(guān)鍵部位中安裝氣體探測，以便實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)中的氣體，以及安裝壓力傳感器來監(jiān)測儲(chǔ)容器和管道中的體壓力�？梢�，儲(chǔ)氫容器的安全性已經(jīng)成為氫能源研發(fā)過程中的重點(diǎn)之一。氫能源廣泛開發(fā)應(yīng)用，使高壓儲(chǔ)氫容器的壓力越來越高，壓力的增大就對材、結(jié)構(gòu)的要求越來越高，成本也將隨之增加，如果一旦發(fā)生安全事故，造成的壞力也增大（如圖 1.2 所示[6]）。如果容器壁面存在損傷，而出現(xiàn)貫穿裂紋，內(nèi)氣體會(huì)在內(nèi)壓的作用下發(fā)生泄漏而發(fā)生危險(xiǎn)。眾所周知的 1929 年興登堡號(hào)氫氣艇爆炸，使得氫能的發(fā)展受到了很大的影響。因此，在高壓儲(chǔ)氫容器大量使用情況下，研究儲(chǔ)氫容器的材料裂紋穩(wěn)定性，可以為設(shè)計(jì)制造儲(chǔ)氫容器提供科學(xué)依據(jù)，而描述分析儲(chǔ)氫容器氫氣泄漏擴(kuò)散的流場特性以及影響因素，可以為監(jiān)儲(chǔ)氫容器的安全狀況提供一定的參考。

對于Ⅰ型裂紋有CI IK = K，IIK = 0，0θ CII2 2cKKr rσπ π= = CI II 0 I(1 cos) 3 sin ] 2 K K+ θ=最大周向應(yīng)力理論建立的復(fù)合型斷離準(zhǔn)器裂紋受力分析是基于對材料的物理性質(zhì)的改變，減小用下發(fā)生破壞行為。因此在分析儲(chǔ)氫容壓力容器進(jìn)行力學(xué)分析。假設(shè)有一薄壁20Dt ≤ ，圓筒受容器內(nèi)氣體的內(nèi)壓力為紋與軸線夾角為β 。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號(hào)：3351352