车载储氢气瓶快速充气分析_安刚

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1、2009年第3期导弹与航天运载技术No.32009总第301期MISSILEANDSPACEVEHCILESumNo.301文章编号：1004-7182(2009)03-0050-06车载储氢气瓶快速充气分析安刚（北京航天试验技术研究所，北京，100074）摘要：应用变质量系统热力学和气体动力学理论对车载储氢气瓶快速充气过程进行了分析研究，建立了加氢站的数学模型，采用正常氢物性数据使模拟分析更接近于实际工况。通过仿真分析，得出了快速充气过程中的压力、温度变化规律，分析了气源体积、气源压力、散热功率、管路通径和充气流动阻力等因素对充气时间和充气率的影响，从而判别出减弱充氢温度效

2、应的控制方向，为加氢站和快速充氢控制算法提供设计依据。关键词：车载储氢气瓶；快速充气；温度效应；仿真分析中图分类号：V469.7文献标识码：ANumericalAnalysisofFast-fillingProcessofHydrogenStorageCylinderforVehiclesAnGang（BeijingInstituteofAerospaceTestingTechnology,Beijing,100074）Abstract：Bythethermodynamicsandgaskineticstheoriesofvariablemasssystem,amathema

3、ticalmodelisbuiltuptosimulateandanalyzethefastfillingprocessofhydrogenstoragecylindermountedonvehicle.Duringthesimulation,thephysicalparametersofnormalhydrogenareintroducedtomakethesimulationclosetotheactualprocess.Bythesimulationfor70MPacompressedhydrogencylinder,thepressureandtemperaturet

4、rendsduringthefastfillingprocessareobtained.Andtheeffectsofhydrogensourcevolume,hydrogensourcepressure,linerheat-absorbingpower,tubediameter,equivalenttubelengthonthechargetimeandchargeefficiencyareanalyzed.Thecontroldirectiononheatofcompressioneffectduringhydrogenchargingprocessisdeduced.T

5、hesesimulationresultscanbeusedtodesignthehydrogenstationandthefastfillingcontrolalgorithmforhydrogengas.KeyWords：Compressedhydrogencylinderonvehicle；Fastfilling；Temperatureeffect；Simulationanalysis0引言和快速充气，如图1所示。慢速充气是使用无污染高能源是人类社会存在的基石和发展的动力。随着压压缩机（一般为隔膜式压缩机）直接对气瓶进行充社会经济的发展，面对化石燃料能源枯竭的挑战，近气

6、，由于压缩机流量一般相对较小，充气时间较长，年来世界各国纷纷关注新能源的开发，其中氢能以其以小时计。快速充气式采用高压大容量气罐对车载气清洁、无污染、效率高等优点而受到青睐。瓶直接供气的形式，充气时间较短，以分钟计。在这氢的储存方式有：高压气体储存、低温液体储存，种工作方式下，充气过程相当于由高压容器向低压容以及各种各样固态储存方式。研究储存目标是提高氢器放气的过程，过程中气体温度会有显著升高。这一储存的密度，从而提高单位体积和单位质量的能量密过程的热力学与其他气体（如天然气）有所不同，氢度，对于氢能汽车来说可以延长续驶里程。目前，高气的温升幅度明显高于天然气，原因在于氢气在

7、等焓压气体储存是比较实际、可靠、持久和认可的储存方膨胀过程中的Joule-Thomson系数是负值。快速充气过式。为解决高压储存的质量问题，氢能汽车倾向于采程中的温升现象将导致储氢密度降低，从而缩短氢能用轻质复合材料压力容器作为高压储氢容器。汽车的续驶里程。对于车载高压氢气瓶有两种充气过程：慢速充气由于充气过程中的温升效应对于气瓶材料的力学收稿日期：2008-08-25基金项目：国家高技术研究发展专项经费资助（2007AA05Z121）作者简介：安刚（1975-）男，高级工程师，主要从事低温和氢能利用研