【摘要】：針對(duì)全球面臨的能量短缺以及環(huán)境污染問題,氫燃料汽車是目前各國積極研究的主要應(yīng)對(duì)方案之一。氫燃料汽車普遍采用重容比小、承壓能力高的復(fù)合材料儲(chǔ)氫瓶進(jìn)行儲(chǔ)氫。為滿足氫燃料汽車的高續(xù)航能力,復(fù)合材料儲(chǔ)氫瓶?jī)?nèi)的填充氫氣壓力高達(dá)35~70MPa。由于氫氣的高壓、自燃性和易爆性以及復(fù)合材料的可燃性等問題,載有高壓復(fù)合材料儲(chǔ)氫瓶的氫燃料汽車存在嚴(yán)重的安全隱患。為降低復(fù)合材料儲(chǔ)氫瓶在事故中發(fā)生失效的風(fēng)險(xiǎn),對(duì)復(fù)合材料儲(chǔ)氫瓶在火災(zāi)條件下的耐火性能進(jìn)行研究至關(guān)重要。針對(duì)當(dāng)前研究存在的問題,本文搭建了一種基于多重區(qū)域、多物理現(xiàn)象的實(shí)時(shí)雙向耦合共軛傳熱模型,用于研究復(fù)合材料儲(chǔ)氫瓶在火災(zāi)條件下的傳熱特性。使用大渦模擬方法對(duì)瓶外火災(zāi)計(jì)算區(qū)域進(jìn)行模擬。在復(fù)合材料纏繞層、高密度聚乙烯內(nèi)膽和瓶?jī)?nèi)高壓氫氣三個(gè)計(jì)算區(qū)域分別建立了基于有限體積法的三維導(dǎo)熱方程。復(fù)合材料纏繞層的導(dǎo)熱方程中考慮了復(fù)合材料的高溫?zé)峤夂蜔峤鈿獾膶?duì)流及冷卻作用,并采用了依賴于復(fù)合材料成分和溫度的可變物性。通過某商用Ⅳ型儲(chǔ)氫瓶的池火火災(zāi)試驗(yàn),對(duì)本文開發(fā)的共軛傳熱計(jì)算程序進(jìn)行了驗(yàn)證。使用經(jīng)過驗(yàn)證的計(jì)算程序,對(duì)復(fù)合材料儲(chǔ)氫瓶在火災(zāi)條件下的外表面熱通量、外表面溫度、內(nèi)部溫升、復(fù)合材料熱解進(jìn)程等特性開展了數(shù)值研究。計(jì)算結(jié)果表明:儲(chǔ)氫瓶外表面熱通量具有顯著的時(shí)間瞬態(tài)性以及空間分布不均勻性;高密度聚乙烯內(nèi)膽在外部熱負(fù)荷的作用下極有可能發(fā)生融化,導(dǎo)致內(nèi)部高壓氫氣泄漏;復(fù)合材料儲(chǔ)氫瓶所受外部對(duì)流換熱作用不可忽略;考慮復(fù)合材料的熱解反應(yīng)可提高儲(chǔ)氫瓶的瞬態(tài)傳熱預(yù)測(cè)精度。最后本文研究了儲(chǔ)氫瓶的安裝高度、儲(chǔ)氫瓶復(fù)合材料纏繞層厚度、隔熱涂層等關(guān)鍵參數(shù)對(duì)儲(chǔ)氫瓶耐火性能的影響,初步分析得到儲(chǔ)氫瓶安裝高度越低所受池火火焰沖擊越小、增加復(fù)合材料纏繞層厚度可避免高密度聚乙烯的融化、最外層添置8 mm碳?xì)饽z隔熱層可顯著增強(qiáng)儲(chǔ)氫瓶耐火性能等結(jié)論,相應(yīng)提出增強(qiáng)現(xiàn)有儲(chǔ)氫瓶耐火性能的具體措施。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TB33;TK91

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本文編號(hào)：2709563