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活性炭吸附储氢热效应的CFD模拟与优化控制
| 论文题名： | 活性炭吸附储氢热效应的CFD模拟与优化控制 |
| 关键词： | 燃料电池;活性炭;储氢技术;热效应;CFD模拟;优化控制 |
| 摘要： | 储氢技术是氢能实现规模化应用的瓶颈，也是燃料电池技术能否成功应用于交通运输领域的关键问题之一。高比表面积活性炭材料由于具有低成本和有效性的特点成为近年储氢介质研究的热点。但是受热效应的影响，活性炭储氢的实际充放气过程为非等温过程，导致实际充放气量小于等温充放气量。为了提高储氢密度及充、放气效率，实现高效的储氢系统，必须对吸附过程的热效应进行有效地控制。为此，本文利用计算流体动力学(CFD)商业软件Fluent，研究了活性炭吸附储氢过程的热效应并对其进行了优化控制。 文章首先基于储氢系统模型和修正的D-A吸附等温线模型，利用改进的源项处理方法，模拟了室温条件下的动态储氢过程，研究了吸附储氢的热效应。结果表明，增加等量吸附热时模拟的压力和温度明显上升。活性炭床增加了流动阻力和压缩功，特别是在充气过程的后期影响更加明显。吸附作用产生的热低于压缩作用产生的热，但会影响充气前期的最高温度。 然后在室温动态储氢过程模拟的基础上，通过比较研究的方法分析了充气压力、进气流量、材料物性、有效热导率以及换热条件等物性参数和边界条件对吸附储氢热效应的影响。结果表明，在平衡温度相同的情况下，充气压力越高，温度场的最高温度越高。在充气压力相同的条件下，入口质量流量越大，绝对吸附量增加得越快，温度场最高温度也越高。提高活性炭的热导率可以提高活性炭床的有效热导率，从而降低整个储氢罐内的温度，提高氢气的吸附量。换热系数在较小的范围内变化时，对储罐内温度分布的影响不大。 最后利用线性驱动力模型和室温模拟获得的经验进行了低温吸附储氢模拟，并将模拟结果与实验结果进行了对比，进而对低温下的吸附储氢过程进行了优化控制。结果表明，线性驱动力模型(LDF)对改善模拟结果有积极的影响。提高低温吸附储氢的充气压力后，储罐内的压力迅速上升，充气时间明显缩短。提高活性炭材料的热导率能够降低活性炭吸附储氢热效应，提高氢气的储量。 |
| 作者： | 邓彩华 |
| 专业： | 汽车运用工程 |
| 导师： | 肖金生;陈壁峰 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2009 |
| 正文语种： | 中文 |
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