论文摘要
储氢过程中热效应的不利影响是氢气吸附储存应用于新能源汽车需要解决的关键问题之一。本文以车用吸附储氢罐为研究对象,在吸附等温线模型、气体状态方程等热力学分析模型基础上,利用有限元软件COMSOL及动态系统仿真工具Matlab/Simulink,建立了COMSOL多维模型及Matlab/Simulink系统模型对活性炭吸附储氢过程进行模拟,研究储氢过程中的热质传递。并针对加拿大三河城魁北克大学氢能研究所进行的低温吸附储氢实验,研究了低温条件下吸附储氢热效应的影响及热力学优化控制方法。文章首先介绍了活性炭吸附储氢过程的热力学分析模型,包括吸附等温线模型,吸附热的热力学计算以及气体状态方程。对吸附等温线模型的研究意义及选取、吸附过程中产生吸附热的数值确定方法、不同储氢条件下气体状态方程的适用性及选取进行了探讨。然后基于有限元求解法,建立了COMSOL模型对活性炭吸附储氢过程进行模拟,研究储氢过程中的热质传递。重点考虑了充气过程中高速流体的惯性阻力、活性炭床与不锈钢罐体之间的接触热阻以及活性炭床有效热导率对活性炭吸附储氢热效应的影响。并利用Matlab/Simulink,通过动态集总参数模型模拟了活性炭的吸附储氢过程,对充气过程中储氢罐内压力及温度的变化进行了分析,同时研究了储氢过程中的动态吸附曲线,对吸附储氢过程有了较直观的了解。最后针对加拿大三河城魁北克大学氢能研究所进行的低温吸附储氢实验,在吸附储氢COMSOL多维模拟及Simulink系统分析模拟基础上,进行了活性炭低温吸附储氢热效应的仿真模拟,并与实验结果进行了对比。在此基础上,研究了充气速度、活性炭床有效热导率对低温吸附储氢热效应的影响,初步探索了低温条件下活性炭吸附储氢热效应的优化控制方法。
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摘要Abstract第1章 绪论1.1 研究背景及意义1.1.1 研究背景1.1.2 研究意义1.2 国内外研究现状1.2.1 储氢材料研究1.2.2 吸附储氢研究1.2.3 吸附过程热力学研究1.3 本文工作1.3.1 吸附储氢过程的热力学模型1.3.2 基于COMSOL的活性炭吸附储氢模拟1.3.3 基于Matlab/Simulink的活性炭吸附储氢模拟1.3.4 活性炭低温吸附储氢的热力学分析与优化第2章 吸附储氢过程的热力学模型2.1 吸附等温线模型2.1.1 吸附等温线研究的必要性2.1.2 吸附等温线的分类2.1.3 吸附等温线模型的比较2.2 吸附热的热力学计算2.2.1 吸附热的产生机理2.2.2 吸附热的计算2.3 气体状态方程2.3.1 理想气体状态方程2.3.2 实际气体状态方程2.4 本章小结第3章 基于COMSOL的活性炭吸附储氢模拟3.1 活性炭吸附储氢的偏微分方程模型3.1.1 质量守恒方程3.1.2 动量守恒方程3.1.3 能量守恒方程3.2 COMSOL模型及其参数3.2.1 储氢罐几何模型3.2.2 材料物性3.2.3 边界条件3.3 COMSOL模拟结果与分析3.3.1 压力变化3.3.2 温度及速度变化3.3.3 动态吸附3.3.4 储氢系统质量平衡分析3.3.5 储氢系统热源项及热传递分析3.4 本章小结第4章 基于Matlab/Simulink的活性炭吸附储氢模拟4.1 活性炭吸附储氢的常微分方程模型4.1.1 氢气质量平衡4.1.2 活性炭床能量平衡4.1.3 不锈钢罐体能量平衡4.2 Matlab/Simulink模型及其参数4.2.1 几何模型4.2.2 模型物理参数4.2.3 储氢系统Simulink模型4.3 Matlab/Simulink模拟结果与分析4.3.1 储氢罐内压力变化4.3.2 储氢罐吸附床平均温度变化4.3.3 氢气质量平衡分析4.4 本章小结第5章 活性炭低温吸附储氢的热力学分析与优化5.1 低温吸附储氢的COMSOL模拟5.1.1 COMSOL低温吸附储氢模型5.1.2 物性参数及边界条件5.1.3 模拟结果5.2 低温吸附储氢的Matlab/Simulink模拟5.2.1 Simulink低温吸附储氢模型及物性参数5.2.2 模拟结果与分析5.3 低温吸附储氢的热力学优化5.3.1 活性炭床有效热导率对低温吸附储氢热效应的影响5.3.2 充气速度对低温吸附储氢热效应的影响5.4 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
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标签:活性炭论文; 吸附论文; 储氢论文; 热力学论文; 模拟论文;