【摘要】：近年來(lái)隨著我國(guó)能源消費(fèi)水平不斷提升,環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)重。氫能作為一種高效、無(wú)污染的新式能源,正逐漸被人們所重視。其中氫燃料電池汽車及其基礎(chǔ)設(shè)施加氫站是氫能應(yīng)用的重要發(fā)展方向。由于氫氣屬易燃易爆氣體,氫燃料電池汽車及加氫站中的高壓儲(chǔ)氫設(shè)備一旦發(fā)生泄漏就極有可能造成燃燒或爆炸事故。對(duì)高壓氫氣在受限空間泄漏進(jìn)行研究是氫燃料電池汽車及加氫站得以推廣的必要前提。本文利用CFD對(duì)高壓氫氣在例如車庫(kù)及加氫站的受限空間內(nèi)發(fā)生泄漏事故的情況進(jìn)行模擬,主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)基于真實(shí)車庫(kù)體積及高壓儲(chǔ)氫罐泄漏速度,對(duì)受限空間內(nèi)高壓氫氣泄漏過(guò)程進(jìn)行了模擬。探究了是否存在障礙物、不同泄漏位置及不同通風(fēng)口布置方式對(duì)泄漏過(guò)程中空間內(nèi)氫氣濃度分布和壓力峰值的影響。(2)對(duì)泄漏結(jié)束后空間內(nèi)氫氣向外界擴(kuò)散的過(guò)程進(jìn)行了模擬,明確了通風(fēng)口布置方式對(duì)氫氣向外界環(huán)境擴(kuò)散的影響。隨后結(jié)合泄漏初期的模擬結(jié)果,為氫燃料電池汽車車庫(kù)提供了較為合適的通風(fēng)口布置方案。(3)對(duì)一日加氫能力為100 kg的加氫站進(jìn)行了三維建模。該加氫站在設(shè)計(jì)過(guò)程中參照了NFPA的防火設(shè)計(jì)規(guī)范。并模擬了加氫站不同設(shè)備處高壓氫氣泄漏后可燃?xì)庠飘a(chǎn)生、流動(dòng)及消散過(guò)程。(4)探究了泄漏環(huán)境復(fù)雜度和環(huán)境風(fēng)速等因素對(duì)可燃?xì)庠屏鲃?dòng)及消散的影響,并指出在儲(chǔ)氫區(qū)域周圍設(shè)立圍墻的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)。本文的研究成果可以為今后氫燃料電池汽車車庫(kù)的設(shè)計(jì)提供指導(dǎo),也可為加氫站高壓氫氣泄漏研究提供借鑒,或?yàn)榧託湔玖炕L(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供數(shù)據(jù)支持。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TK91
【圖文】：

這一結(jié)論與Ｇｕｐｔａ等人結(jié)論相同，即空間內(nèi)最大氫氣濃度更多取決于氫氣泄漏總逡逑量而非氫氣泄漏速度。隨后實(shí)驗(yàn)還將空間內(nèi)氫氣體積濃度分別處于１３．３％、１５．２％逡逑及２９．３％時(shí)點(diǎn)燃，如圖１．１所示，并記錄了混合燃?xì)怏w燃燒過(guò)程中空間內(nèi)壓力變逡逑化。逡逑喊，嚷ｉ逡逑圖１．１不同氫氣體積分?jǐn)?shù)點(diǎn)燃情況及墻體損壞情況［２２］逡逑由于氫氣易燃易爆，具有較高危險(xiǎn)性，且車庫(kù)空間較大，因此進(jìn)行受限空間逡逑內(nèi)氫氣泄漏實(shí)驗(yàn)成本較高。相較之下利用計(jì)算流體力學(xué)（ＣＦＤ）軟件進(jìn)行空間內(nèi)逡逑氫氣泄漏的模擬，不僅可以節(jié)約研宄成本，還可以提供更為直觀的結(jié)果以幫助研逡逑究。Ｓｗａｉｎ［２３］等人在２００３年利用ＣＦＤ與氫氣風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法（ｈｙｄｒｏｇｅｎ邋ｒｉｓｋ逡逑ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ）相結(jié)合的方式模擬了氫氣在較小空間內(nèi)發(fā)生泄漏的情況，并逡逑展示了氫氣在空間內(nèi)的流動(dòng)情況。Ｚｈａｎｇ［２４】等利用ＣＦＤ軟件及雙層理論模型模逡逑擬了氫氣在車庫(kù)內(nèi)泄漏的情況，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果顯示ＣＦＤ相較逡逑雙層理論模型更好的預(yù)測(cè)出了車庫(kù)上半空間氫氣云團(tuán)的增長(zhǎng)。同時(shí)結(jié)果顯示通風(fēng)逡逑口處氣體流動(dòng)速度除泄漏初始階段外基本不隨時(shí)間發(fā)生變化。１１卻」１［２５］等人利用逡逑ＣＦＤ軟件對(duì)Ｐｈｔｓ等人的氫氣泄漏實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了模擬，結(jié)果顯示ＣＦＤ模擬數(shù)據(jù)與實(shí)逡逑驗(yàn)結(jié)果吻合良好。同時(shí)還對(duì)采用不同湍流模型得出的模擬結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，相較逡逑之下標(biāo)準(zhǔn)？模型可提供較好的模擬結(jié)果

際氫氣泄漏質(zhì)量流量高于式（１．５）計(jì)算結(jié)果時(shí)，空間內(nèi)就會(huì)出現(xiàn)壓力峰值現(xiàn)象。逡逑Ｓｈｅｎｔｓｏｖ等人給出了壓力峰值與通風(fēng)口邊長(zhǎng)關(guān)系圖以便快速確認(rèn)空間內(nèi)是否存逡逑在壓力峰值現(xiàn)象，如圖１．３所示。逡逑１１逡逑

僅可以科學(xué)評(píng)估某一事故的危害，更可直接參與安全標(biāo)準(zhǔn)的制定［３８］。量化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)逡逑價(jià)主要包括四個(gè)部分，分別為危險(xiǎn)辨識(shí)、概率分析、后果評(píng)估及風(fēng)險(xiǎn)度量，其流逡逑程如圖１．６所示。目前己有對(duì)加氫站進(jìn)行量化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的研究【３９＿４１］，并成功得出逡逑了加氫站事故影響范圍及不同風(fēng)險(xiǎn)概率云圖，說(shuō)明量化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)可對(duì)加氫站安全逡逑規(guī)范的制定提供幫助。逡逑風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)丨逡逑概率邋＾析｜邐｜后果＞估逡逑風(fēng)險(xiǎn)ｆ量逡逑與風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比逡逑圖１．６量化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)簡(jiǎn)要流程逡逑在量化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中，后果評(píng)估是重要環(huán)節(jié)之一。后果評(píng)估通常采用實(shí)驗(yàn)、理逡逑１４逡逑

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