低溫吸附儲(chǔ)氫系統(tǒng)的仿真與優(yōu)化.pdf

1、氫能作為一種可再生能源，得到廣泛的關(guān)注，但是氫能的運(yùn)用仍然面臨著很多挑戰(zhàn)，其中儲(chǔ)氫技術(shù)是制約氫能廣泛應(yīng)用的瓶頸之一，成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一。本文建立在MATLAB/SIMULINK仿真平臺(tái)之上，以系統(tǒng)質(zhì)量平衡、能力平衡和等溫吸附線模型為基礎(chǔ)，建立了低溫吸附儲(chǔ)氫系統(tǒng)集總參數(shù)模型，對其吸附儲(chǔ)氫系統(tǒng)在低溫冷卻條件下的充放氣過程進(jìn)行模擬仿真，該模型能夠高效地預(yù)測儲(chǔ)氫罐內(nèi)各個(gè)參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化情況，比如集總壓力、集總溫度，質(zhì)量平衡。
　　 這

2、項(xiàng)工作有四個(gè)特點(diǎn)：(1)該吸附儲(chǔ)氫系統(tǒng)是在低溫條件下進(jìn)行仿真優(yōu)化；(2)為了提高仿真精確度，在集總參數(shù)模型中考慮了液氮和氣氮的液面動(dòng)態(tài)變化，采用動(dòng)邊界條件；(3)多維有限元軟件COMSOL計(jì)算出來的熱容平均溫度仿真結(jié)果作為參考；(4)采用修正的Dubinin-Astakhov吸附方程，其吸附模塊中的吸附熱采用變化吸附熱。
　　 首先，在Test No.42，Test No.44和Test No.46不同的實(shí)驗(yàn)條件下，對活性炭吸附

3、儲(chǔ)氫下的允放氣過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，將仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(由加拿大三河城魁北克大學(xué)氫能研究所提供)進(jìn)行對比和驗(yàn)證，并將多維有限元軟件COMSOL計(jì)算出來仿真結(jié)果作為參考，也進(jìn)行了比較。結(jié)果表明，該活性炭吸附儲(chǔ)氫系統(tǒng)的集總參數(shù)模型具有較高的準(zhǔn)確性和可信性。在此基礎(chǔ)之上，系統(tǒng)地分析了換熱系數(shù)、充氣速率對儲(chǔ)氫性能的影響。
　　 其次，在常溫條件和低溫條件下，對金屬有機(jī)框架物吸附儲(chǔ)氫系統(tǒng)的充放氣過程進(jìn)行模擬仿真，仿真結(jié)果表明，該MOF-5低

4、溫條件下能吸附更多的儲(chǔ)氫量。并將二維有限元分析軟件COMSOL計(jì)算的仿真結(jié)果作為參照，與仿真結(jié)果進(jìn)行比較，這三者吻合地很好。同時(shí)，對活性炭和MOF-5的儲(chǔ)氫性能進(jìn)行了比較，研究表明，吸附劑的密度對儲(chǔ)氫性能有著一定的影響。
　　 最后，結(jié)合低溫吸附儲(chǔ)氫系統(tǒng)在氫動(dòng)力汽車上的應(yīng)用，由于考慮儲(chǔ)氫罐要安裝在汽車后備箱，選擇容積為150L的車用儲(chǔ)氧罐，對其低溫吸附儲(chǔ)氫性能進(jìn)行預(yù)測，結(jié)果表明，氫混合動(dòng)力車用100大氣壓可在83分鐘內(nèi)完成90％