活性炭吸附储氢过程的热力学分析与模拟

发布时间：2017-06-04 03:09

  本文关键词：活性炭吸附储氢过程的热力学分析与模拟，，由笔耕文化传播整理发布。

【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。
【关键词】：活性炭 吸附 储氢 热力学 模拟
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TK124
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 研究背景及意义9-12
• 1.1.1 研究背景9-10
• 1.1.2 研究意义10-12
• 1.2 国内外研究现状12-17
• 1.2.1 储氢材料研究12-14
• 1.2.2 吸附储氢研究14-15
• 1.2.3 吸附过程热力学研究15-17
• 1.3 本文工作17-19
• 1.3.1 吸附储氢过程的热力学模型17
• 1.3.2 基于COMSOL的活性炭吸附储氢模拟17
• 1.3.3 基于Matlab/Simulink的活性炭吸附储氢模拟17-18
• 1.3.4 活性炭低温吸附储氢的热力学分析与优化18-19
• 第2章 吸附储氢过程的热力学模型19-31
• 2.1 吸附等温线模型19-24
• 2.1.1 吸附等温线研究的必要性19
• 2.1.2 吸附等温线的分类19-21
• 2.1.3 吸附等温线模型的比较21-24
• 2.2 吸附热的热力学计算24-26
• 2.2.1 吸附热的产生机理24
• 2.2.2 吸附热的计算24-26
• 2.3 气体状态方程26-30
• 2.3.1 理想气体状态方程27-28
• 2.3.2 实际气体状态方程28-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第3章 基于COMSOL的活性炭吸附储氢模拟31-49
• 3.1 活性炭吸附储氢的偏微分方程模型31-35
• 3.1.1 质量守恒方程31-32
• 3.1.2 动量守恒方程32-33
• 3.1.3 能量守恒方程33-35
• 3.2 COMSOL模型及其参数35-38
• 3.2.1 储氢罐几何模型35
• 3.2.2 材料物性35-37
• 3.2.3 边界条件37-38
• 3.3 COMSOL模拟结果与分析38-48
• 3.3.1 压力变化38
• 3.3.2 温度及速度变化38-42
• 3.3.3 动态吸附42-43
• 3.3.4 储氢系统质量平衡分析43-44
• 3.3.5 储氢系统热源项及热传递分析44-48
• 3.4 本章小结48-49
• 第4章 基于Matlab/Simulink的活性炭吸附储氢模拟49-57
• 4.1 活性炭吸附储氢的常微分方程模型49-51
• 4.1.1 氢气质量平衡49-50
• 4.1.2 活性炭床能量平衡50
• 4.1.3 不锈钢罐体能量平衡50-51
• 4.2 Matlab/Simulink模型及其参数51-54
• 4.2.1 几何模型51-52
• 4.2.2 模型物理参数52
• 4.2.3 储氢系统Simulink模型52-54
• 4.3 Matlab/Simulink模拟结果与分析54-56
• 4.3.1 储氢罐内压力变化54
• 4.3.2 储氢罐吸附床平均温度变化54-55
• 4.3.3 氢气质量平衡分析55-56
• 4.4 本章小结56-57
• 第5章 活性炭低温吸附储氢的热力学分析与优化57-72
• 5.1 低温吸附储氢的COMSOL模拟57-63
• 5.1.1 COMSOL低温吸附储氢模型57-59
• 5.1.2 物性参数及边界条件59-60
• 5.1.3 模拟结果60-63
• 5.2 低温吸附储氢的Matlab/Simulink模拟63-66
• 5.2.1 Simulink低温吸附储氢模型及物性参数63-64
• 5.2.2 模拟结果与分析64-66
• 5.3 低温吸附储氢的热力学优化66-71
• 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66-68
• 5.3.2 充气速度对低温吸附储氢热效应的影响68-71
• 5.4 本章小结71-72
• 第6章 结论与展望72-75
• 6.1 结论72-73
• 6.2 展望73-75
• 致谢75-76
• 参考文献76-80
• 攻读硕士学位期间发表的论文和参加的科研项目80

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 陈安良;陶菲;;活性炭吸附的应用研究[J];化学工程与装备;2011年11期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 叶锋;碳基储氢材料多孔结构中传输与吸附的多尺度模拟[D];武汉理工大学;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前4条

1 彭荣;多孔材料吸附储氢的CFD模拟与优化[D];武汉理工大学;2012年

2 李千;低温吸附储氢系统的仿真与优化[D];武汉理工大学;2012年

3 高宇翔;VOCs在活性炭固定床上的吸附动力学[D];华南理工大学;2012年

4 胡敏;多孔材料储氢的有限元模拟与优化[D];武汉理工大学;2012年

  本文关键词：活性炭吸附储氢过程的热力学分析与模拟，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：419852