铝内衬轻质高压储氢容器强度和可靠性研究
发布时间：2021-10-24 12:05
氢能以其转化效率高、燃烧产物洁净、易于低成本储输以及用途多样化等突出优点,被认为是新世纪的重要二次能源。经济规模制氢、安全可靠储输氢气、氢的经济高效利用是氢经济的关键。随着氢燃料电池和电动汽车的迅速发展与产业化,安全高效的储氢技术已成为氢能发展的主要瓶颈。高压储氢具有储氢容器结构简单、压缩氢气制备能耗少、充装和排放速度快等优点。目前,国际上绝大多数加氢站和燃料电池汽车都采用高压储氢技术。各国氢能计划无一例外地把轻质高压储氢容器列为研究重点。铝内衬轻质高压储氢容器是目前首选的车载储氢容器,主要由铝薄内衬和纤维缠绕层组成。在制造过程中,容器经历缠绕、固化和自紧等过程,使得容器内的应力状态十分复杂,除内压引起的应力外,还有纤维缠绕引起的应力、固化引起的应力、自紧引起的应力等,在容器封头与简体连接位置会形成局部削层结构,影响容器强度和可靠性因素多而复杂。为研制35-70MPa车载轻质高压储氢容器,本文从理论分析、数值模拟和试验研究三个方面,对铝内衬轻质高压储氢容器整体强度、局部削层结构强度、静强度可靠性和抗疲劳性能进行了系统深入的研究。本文的主要研究内容和创新成果为:（1）建立了铝内衬轻质高压...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：130 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
1压缩气体功耗图
35MPa储氢容器和相应的内置压力调节器。2001年美国Quantum公司、LavrenceLivermore国家实验室和Thiokol公司合作，研制出最大工作压力为70MPa的Trishield储氢容器[3‘〕。2002年，Quantum公司报导开发出最大工作压力为35MPa，单位质量储氢密度为H.3wt%的高性能压缩氢气储存容器[321。Lincoin公司在2002年7月也研制成功了名为Tuffshen，最大工作压力70MPa，爆破压力为175MPa的高压储氢容器133】。欧洲氢能路线图中，有关高压储氢的目标是:短期内将储氢容器的单位质量储氢密度和储氢能量密度从5.4wt%和2.SMJ/L提高到5.6wt%和3MJ几;长期的目标是要在25MPa下达到6.Owt%和1.gMJ/L，而在70MPa下达到6.swt%和3.6MJ/L[34]。在日本METI的研究计划中也把推进氢气压缩机、70MPa储氢容器作为重点项目。图1.3示例了现有研制成功的铝内衬轻质高压储氢容器。
图L4本田公司FCXV4氢燃料汽车图1.5奔驰公司B一Cell燃料电池汽车我国对铝内衬轻质高压储氢容器的研制起步较晚。但是，由于前期在“清洁”领域，特别是天然气汽车中，大量使用了压缩天然气(CNG)复合气瓶，内衬轻质高压储氢容器的研制积累了一定经验[36一，7]。如成都、重庆等地绝大公交车、出租车均采用汽油和天然气双燃料技术，其CNG复合气瓶部分采属内衬纤维缠绕结构，最大工作压力在20MPa左右，平均续航能力为100~km。“十五，’期间，国家高科技计划(“863”计划)中设立了“轻质高压储氢系究”课题，浙江大学化工机械研究所在这一课题的支持下，成功研制了40MP内衬轻质高压储氢容器[38〕。
【参考文献】：
期刊论文
[1]高性能工程塑料聚醚醚酮的开发研究[J]. 王宝成,李鲲,周海鸥. 化工科技. 2006(05)
[2]复合材料斜削结构试验和损伤模拟研究[J]. 邵小军,岳珠峰,王毅,张庆茂. 材料科学与工程学报. 2006(03)
[3]燃料电池汽车开发展望[J]. 王协琴. 西华大学学报(自然科学版). 2006(03)
[4]高压气瓶强力旋压工艺研究[J]. 黄智君. 现代制造工程. 2006(05)
[5]一种计算复合材料等效弹性性能的有限元方法[J]. 肖映雄,张平,舒适,邓旭辉. 固体力学学报. 2006(01)
[6]复合材料气瓶用环氧树脂固化性能研究[J]. 方东红,韩建平. 热固性树脂. 2006(02)
[7]对称削层复合材料结构的有限元分析[J]. 邵小军,岳珠峰,刘永寿. 强度与环境. 2006(01)
[8]复合材料层合板的可靠性和优化问题的研究进展[J]. 王向阳,陈建桥,魏俊红. 力学进展. 2005(04)
[9]具有金属内衬复合材料纤维缠绕容器固化过程的数值模拟[J]. 任明法,王荣国,陈浩然. 复合材料学报. 2005(04)
[10]氢经济时代的车用H2燃料发动机的研究与展望[J]. 杨振中,王丽君,熊树生. 车用发动机. 2005(02)
博士论文
[1]CFRP缠绕压力容器可靠性研究[D]. 沈军.哈尔滨工业大学 2006
[2]具有金属内衬复合材料缠绕结构成型和使用过程的一体化分析[D]. 任明法.大连理工大学 2006
[3]纤维缠绕壳体应力变形及损伤研究[D]. 崔昭霞.哈尔滨工程大学 2003
硕士论文
[1]全缠绕复合气瓶预紧压力和缠绕层厚度的优化[D]. 古海波.大连理工大学 2006
[2]轻质高压储氢容器整体优化设计[D]. 傅强.浙江大学 2004
[3]具有承载内衬的FW厚壁容器的结构分析[D]. 胡俊.武汉理工大学 2003
本文编号：3455254
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：130 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
1压缩气体功耗图
35MPa储氢容器和相应的内置压力调节器。2001年美国Quantum公司、LavrenceLivermore国家实验室和Thiokol公司合作，研制出最大工作压力为70MPa的Trishield储氢容器[3‘〕。2002年，Quantum公司报导开发出最大工作压力为35MPa，单位质量储氢密度为H.3wt%的高性能压缩氢气储存容器[321。Lincoin公司在2002年7月也研制成功了名为Tuffshen，最大工作压力70MPa，爆破压力为175MPa的高压储氢容器133】。欧洲氢能路线图中，有关高压储氢的目标是:短期内将储氢容器的单位质量储氢密度和储氢能量密度从5.4wt%和2.SMJ/L提高到5.6wt%和3MJ几;长期的目标是要在25MPa下达到6.Owt%和1.gMJ/L，而在70MPa下达到6.swt%和3.6MJ/L[34]。在日本METI的研究计划中也把推进氢气压缩机、70MPa储氢容器作为重点项目。图1.3示例了现有研制成功的铝内衬轻质高压储氢容器。
图L4本田公司FCXV4氢燃料汽车图1.5奔驰公司B一Cell燃料电池汽车我国对铝内衬轻质高压储氢容器的研制起步较晚。但是，由于前期在“清洁”领域，特别是天然气汽车中，大量使用了压缩天然气(CNG)复合气瓶，内衬轻质高压储氢容器的研制积累了一定经验[36一，7]。如成都、重庆等地绝大公交车、出租车均采用汽油和天然气双燃料技术，其CNG复合气瓶部分采属内衬纤维缠绕结构，最大工作压力在20MPa左右，平均续航能力为100~km。“十五，’期间，国家高科技计划(“863”计划)中设立了“轻质高压储氢系究”课题，浙江大学化工机械研究所在这一课题的支持下，成功研制了40MP内衬轻质高压储氢容器[38〕。
【参考文献】：
期刊论文
[1]高性能工程塑料聚醚醚酮的开发研究[J]. 王宝成,李鲲,周海鸥. 化工科技. 2006(05)
[2]复合材料斜削结构试验和损伤模拟研究[J]. 邵小军,岳珠峰,王毅,张庆茂. 材料科学与工程学报. 2006(03)
[3]燃料电池汽车开发展望[J]. 王协琴. 西华大学学报(自然科学版). 2006(03)
[4]高压气瓶强力旋压工艺研究[J]. 黄智君. 现代制造工程. 2006(05)
[5]一种计算复合材料等效弹性性能的有限元方法[J]. 肖映雄,张平,舒适,邓旭辉. 固体力学学报. 2006(01)
[6]复合材料气瓶用环氧树脂固化性能研究[J]. 方东红,韩建平. 热固性树脂. 2006(02)
[7]对称削层复合材料结构的有限元分析[J]. 邵小军,岳珠峰,刘永寿. 强度与环境. 2006(01)
[8]复合材料层合板的可靠性和优化问题的研究进展[J]. 王向阳,陈建桥,魏俊红. 力学进展. 2005(04)
[9]具有金属内衬复合材料纤维缠绕容器固化过程的数值模拟[J]. 任明法,王荣国,陈浩然. 复合材料学报. 2005(04)
[10]氢经济时代的车用H2燃料发动机的研究与展望[J]. 杨振中,王丽君,熊树生. 车用发动机. 2005(02)
博士论文
[1]CFRP缠绕压力容器可靠性研究[D]. 沈军.哈尔滨工业大学 2006
[2]具有金属内衬复合材料缠绕结构成型和使用过程的一体化分析[D]. 任明法.大连理工大学 2006
[3]纤维缠绕壳体应力变形及损伤研究[D]. 崔昭霞.哈尔滨工程大学 2003
硕士论文
[1]全缠绕复合气瓶预紧压力和缠绕层厚度的优化[D]. 古海波.大连理工大学 2006
[2]轻质高压储氢容器整体优化设计[D]. 傅强.浙江大学 2004
[3]具有承载内衬的FW厚壁容器的结构分析[D]. 胡俊.武汉理工大学 2003
本文编号：3455254
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