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| 氢能作为一种可再生能源,得到广泛的关注,但是氢能的运用仍然面临着很多挑战,其中储氢技术是制约氢能广泛应用的瓶颈之一,成为当前研究的热点之一。本文建立在MATLAB/SIMULINK仿真平台之上,以系统质量平衡、能力平衡和等温吸附线模型为基础,建立了低温吸附储氢系统集总参数模型,对其吸附储氢系统在低温冷却条件下的充放气过程进行模拟仿真,该模型能够高效地预测储氢罐内各个参数的动态变化情况,比如集总压力、集总温度,质量平衡。这项工作有四个特点：(1)该吸附储氢系统是在低温条件下进行仿真优化；(2)为了提高仿真精确度,在集总参数模型中考虑了液氮和气氮的液面动态变化,采用动边界条件；(3)多维有限元软件COMSOL计算出来的热容平均温度仿真结果作为参考；(4)采用修正的Dubinin-Astakhov吸附方程,其吸附模块中的吸附热采用变化吸附热。首先,在Test No.42, Test No.44和Test No.46不同的实验条件下,对活性炭吸附储氢下的充放气过程进行动态仿真,将仿真结果与实验数据(由加拿大三河城魁北克大学氢能研究所提供)进行对比和验证,并将多维有限元软件COMSOL计算出来仿真结果作为参考,也进行了比较。结果表明,该活性炭吸附储氢系统的集总参数模型具有较高的准确性和可信性。在此基础之上,系统地分析了换热系数、充气速率对储氢性能的影响。其次,在常温条件和低温条件下,对金属有机框架物吸附储氢系统的充放气过程进行模拟仿真,仿真结果表明,该MOF-5低温条件下能吸附更多的储氢量。并将二维有限元分析软件COMSOL计算的仿真结果作为参照,与仿真结果进行比较,这三者吻合地很好。同时,对活性炭和MOF-5的储氢性能进行了比较,研究表明,吸附剂的密度对储氢性能有着一定的影响。最后,结合低温吸附储氢系统在氢动力汽车上的应用,由于考虑储氢罐要安装在汽车后备箱,选择容积为150L的车用储氢罐,对其低温吸附储氢性能进行预测,结果表明,氢混合动力车用100大气压可在83分钟内完成90%的充氢量,车用活性炭储氢罐可以行驶220km,车用MOF-5(压缩)储氢罐可以行驶440km。同时,对车用吸附储氢系统的性能进行优化,研究表明,通过增加充气速率可以缩短充氢时间,让公众更加习惯日常加油所需的时间。 |
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