氢泄漏与扩散数值仿真研究
发布时间：2021-08-19 11:47
高压储氢容器的安全性能研究是目前氢能源广泛应用所面临的关键技术,本文以此为背景,在国家“863”高技术项目的资助下,对储氢容器裂纹稳定性以及氢泄漏扩散流场特征进行了较为深入的研究。本文针对储氢容器结构在氢损伤条件下的受力特点以及氢自身的物理化学性质,在分析高压氢气环境下裂纹稳定性及裂纹扩展情况的基础上,通过数值模拟揭示了氢气泄漏扩散流场特征,可为氢气泄漏安全预警系统的设计提供参考。主要完成以下工作:1、以大型储氢容器为研究对象,系统论述了储氢容器壁面上贯穿裂纹的受力以及扩展情况,研究了氢损伤条件下裂纹扩展过程中各种因素之间的物理关系,并对裂纹扩展速度进行了理论分析,同时对判断裂纹稳定性的几种方法进行总结。2、在一定假设条件下,研究了氢气泄漏扩散射流流场的数学模型,并对求解算法进行了详细理论阐述。3、利用有限体积法,运用FLUENT软件对氢气泄漏扩散流场进行了数值模拟,分析自由泄漏空间的氢气泄漏扩散情况,得到了流场的速度、压强、氢气浓度以及氢气可燃区域等物理量的分布情况。同时对比分析了容器体内压、裂纹孔径、外来风等因素对泄漏扩散流场分布的影响。4、通过密闭泄漏空间仿真分析,对氢气泄漏扩散...
【文章来源】：国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
储氢容器实物图
内外都把高压储氢技术，作为综合利用氢能的一个主要发展方向[6]。在对充装氢方面，美国标准 DOT3A 和 3AA 中对于氢气在无缝气瓶中的充作了很多规定[6]，明确指出：储氢高压气瓶不能受到冲击作用；在使用氢气的场不能有火星等等。加氢装置中能引起氢气泄漏的原因很多，例如裂纹、不见接部缝隙等等，为了保证使用的安全性，就需要在系统关键部位中安装气体探测，以便实时监测系统中的气体，以及安装压力传感器来监测储容器和管道中的体压力。可见，储氢容器的安全性已经成为氢能源研发过程中的重点之一。氢能源广泛开发应用，使高压储氢容器的压力越来越高，压力的增大就对材、结构的要求越来越高，成本也将随之增加，如果一旦发生安全事故，造成的坏力也增大（如图 1.2 所示[6]）。如果容器壁面存在损伤，而出现贯穿裂纹，内气体会在内压的作用下发生泄漏而发生危险。众所周知的 1929 年兴登堡号氢气艇爆炸，使得氢能的发展受到了很大的影响。因此，在高压储氢容器大量使用情况下，研究储氢容器的材料裂纹稳定性，可以为设计制造储氢容器提供科学依据，而描述分析储氢容器氢气泄漏扩散的流场特性以及影响因素，可以为监储氢容器的安全状况提供一定的参考。
对于Ⅰ型裂纹有CI IK = K，IIK = 0，0θ CII2 2cKKr rσπ π= = CI II 0 I(1 cos) 3 sin ] 2 K K+ θ=最大周向应力理论建立的复合型断离准器裂纹受力分析是基于对材料的物理性质的改变，减小用下发生破坏行为。因此在分析储氢容压力容器进行力学分析。假设有一薄壁20Dt ≤ ，圆筒受容器内气体的内压力为纹与轴线夹角为β 。
【参考文献】：
期刊论文
[1]输气管道泄漏率计算与扩散模拟方法述评[J]. 于明,狄彦,帅健. 管道技术与设备. 2007(04)
[2]基于FLUENT的气罐泄漏仿真在油气安全中的应用[J]. 杨毅峰,樊建春,张来斌. 江汉大学学报(自然科学版). 2006(04)
[3]高压氢气储运设备及其风险评价[J]. 郑津洋,开方明,刘仲强,陈瑞,陈长聘. 太阳能学报. 2006(11)
[4]可燃气体室内泄漏扩散的研究[J]. 于畅,田贯三. 山东建筑工程学院学报. 2006(03)
[5]煤气储罐泄漏扩散模型及仿真[J]. 龙长江,齐欢,张翼鹏. 华中科技大学学报(自然科学版). 2006(04)
[6]带有裂纹的薄壁圆筒压力容器临界荷载研究[J]. 葛清蕴,翟振东,刘东坡,郭东. 建筑科学与工程学报. 2005(04)
[7]储氢研究进展概况[J]. 杨志冠. 江西科学. 2005(02)
[8]室内可燃气体泄漏后浓度场变化的实验研究[J]. 吴晋湘,张丽娟,刘立辉,贾云飞,苗青. 消防科学与技术. 2005(02)
[9]高压天然气管道破裂气体扩散规律模拟结果分析[J]. 马存栋. 油气田地面工程. 2005(03)
[10]一种EASM k-ω两方程湍流模型的应用研究[J]. 张强,杨永,段毅. 西北工业大学学报. 2005(01)
硕士论文
[1]加氢站高压氢系统工艺参数研究[D]. 李磊.浙江大学 2007
[2]室内可燃气体泄露过程的研究[D]. 贾云飞.河北工业大学 2004
本文编号：3351352
【文章来源】：国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
储氢容器实物图
内外都把高压储氢技术，作为综合利用氢能的一个主要发展方向[6]。在对充装氢方面，美国标准 DOT3A 和 3AA 中对于氢气在无缝气瓶中的充作了很多规定[6]，明确指出：储氢高压气瓶不能受到冲击作用；在使用氢气的场不能有火星等等。加氢装置中能引起氢气泄漏的原因很多，例如裂纹、不见接部缝隙等等，为了保证使用的安全性，就需要在系统关键部位中安装气体探测，以便实时监测系统中的气体，以及安装压力传感器来监测储容器和管道中的体压力。可见，储氢容器的安全性已经成为氢能源研发过程中的重点之一。氢能源广泛开发应用，使高压储氢容器的压力越来越高，压力的增大就对材、结构的要求越来越高，成本也将随之增加，如果一旦发生安全事故，造成的坏力也增大（如图 1.2 所示[6]）。如果容器壁面存在损伤，而出现贯穿裂纹，内气体会在内压的作用下发生泄漏而发生危险。众所周知的 1929 年兴登堡号氢气艇爆炸，使得氢能的发展受到了很大的影响。因此，在高压储氢容器大量使用情况下，研究储氢容器的材料裂纹稳定性，可以为设计制造储氢容器提供科学依据，而描述分析储氢容器氢气泄漏扩散的流场特性以及影响因素，可以为监储氢容器的安全状况提供一定的参考。
对于Ⅰ型裂纹有CI IK = K，IIK = 0，0θ CII2 2cKKr rσπ π= = CI II 0 I(1 cos) 3 sin ] 2 K K+ θ=最大周向应力理论建立的复合型断离准器裂纹受力分析是基于对材料的物理性质的改变，减小用下发生破坏行为。因此在分析储氢容压力容器进行力学分析。假设有一薄壁20Dt ≤ ，圆筒受容器内气体的内压力为纹与轴线夹角为β 。
【参考文献】：
期刊论文
[1]输气管道泄漏率计算与扩散模拟方法述评[J]. 于明,狄彦,帅健. 管道技术与设备. 2007(04)
[2]基于FLUENT的气罐泄漏仿真在油气安全中的应用[J]. 杨毅峰,樊建春,张来斌. 江汉大学学报(自然科学版). 2006(04)
[3]高压氢气储运设备及其风险评价[J]. 郑津洋,开方明,刘仲强,陈瑞,陈长聘. 太阳能学报. 2006(11)
[4]可燃气体室内泄漏扩散的研究[J]. 于畅,田贯三. 山东建筑工程学院学报. 2006(03)
[5]煤气储罐泄漏扩散模型及仿真[J]. 龙长江,齐欢,张翼鹏. 华中科技大学学报(自然科学版). 2006(04)
[6]带有裂纹的薄壁圆筒压力容器临界荷载研究[J]. 葛清蕴,翟振东,刘东坡,郭东. 建筑科学与工程学报. 2005(04)
[7]储氢研究进展概况[J]. 杨志冠. 江西科学. 2005(02)
[8]室内可燃气体泄漏后浓度场变化的实验研究[J]. 吴晋湘,张丽娟,刘立辉,贾云飞,苗青. 消防科学与技术. 2005(02)
[9]高压天然气管道破裂气体扩散规律模拟结果分析[J]. 马存栋. 油气田地面工程. 2005(03)
[10]一种EASM k-ω两方程湍流模型的应用研究[J]. 张强,杨永,段毅. 西北工业大学学报. 2005(01)
硕士论文
[1]加氢站高压氢系统工艺参数研究[D]. 李磊.浙江大学 2007
[2]室内可燃气体泄露过程的研究[D]. 贾云飞.河北工业大学 2004
本文编号：3351352
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