活性炭吸附储氢热效应的CFD模拟与优化控制

发布时间：2023-11-28 18:53

　　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...

【文章页数】：95 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 选题背景及意义
    1.2 文献综述
        1.2.1 活性炭吸附储氢的物理机理
        1.2.2 活性炭吸附储氢的数学模型
        1.2.3 活性炭吸附储氢的过程模拟与优化
    1.3 本文工作
        1.3.1 活性炭吸附储氢的CFD模型与吸附等温线模型
        1.3.2 吸附源项的处理方法及其对活性炭床温度分布的影响
        1.3.3 活性炭吸附储氢热效应的参数研究
        1.3.4 低温吸附储氢热效应的模拟与优化控制
第2章 活性炭吸附储氢的CFD模型与吸附等温线模型
    2.1 活性炭多孔介质中的质量守恒方程
    2.2 活性炭多孔介质中的动量守恒方程
    2.3 活性炭多孔介质中的能量守恒方程
    2.4 活性炭吸附储氢的吸附等温线模型
    2.5 本章小结
第3章 吸附源项的处理方法及其对活性炭床温度分布的影响
    3.1 吸附源项的处理方法
        3.1.1 源项处理方法的改进
        3.1.2 模型参数与边界条件
        3.1.3 源项处理方法对活性炭床温度分布的影响
    3.2 等量吸附热的标绘及其影响分析
        3.2.1 活性炭氢吸附数据的标绘
        3.2.2 等量吸附热对活性炭床温度分布的影响
    3.3 吸附源项对活性炭床温度分布的影响效果
        3.3.1 计算方案
        3.3.2 结果及分析
    3.4 本章小结
第4章 活性炭吸附储氢热效应的参数研究
    4.1 充气压力和进气流量的影响
        4.1.1 充气压力的影响
        4.1.2 进气流量的影响
    4.2 材料物性的影响
        4.2.1 氢气物性的影响
        4.2.2 活性炭物性的影响
        4.2.3 钢壁物性的影响
    4.3 有效热导率的影响
        4.3.1 有效热导率的等效处理
        4.3.2 有效热导率的影响
    4.4 换热条件的影响
    4.5 本章小结
第5章 低温吸附储氢热效应的模拟与优化控制
    5.1 传质动力学对吸附储氢过程的影响
        5.1.1 线性驱动力模型及源项
        5.1.2 传质动力学对吸附储氢热效应的影响
    5.2 低温吸附储氢系统的模型参数与边界条件
    5.3 低温吸附储氢热效应的模拟结果及分析
    5.4 充气压力对低温吸附储氢热效应的影响
    5.5 低温吸附储氢热效应的优化控制
    5.6 本章小结
第6章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和参加的科研项目
附录 部分Fluent UDFs程序清单



本文编号：3868740