复合材料储氢瓶在火灾条件下的耐火性能数值研究

发布时间：2020-06-12 12:58

【摘要】：针对全球面临的能量短缺以及环境污染问题,氢燃料汽车是目前各国积极研究的主要应对方案之一。氢燃料汽车普遍采用重容比小、承压能力高的复合材料储氢瓶进行储氢。为满足氢燃料汽车的高续航能力,复合材料储氢瓶内的填充氢气压力高达35~70MPa。由于氢气的高压、自燃性和易爆性以及复合材料的可燃性等问题,载有高压复合材料储氢瓶的氢燃料汽车存在严重的安全隐患。为降低复合材料储氢瓶在事故中发生失效的风险,对复合材料储氢瓶在火灾条件下的耐火性能进行研究至关重要。针对当前研究存在的问题,本文搭建了一种基于多重区域、多物理现象的实时双向耦合共轭传热模型,用于研究复合材料储氢瓶在火灾条件下的传热特性。使用大涡模拟方法对瓶外火灾计算区域进行模拟。在复合材料缠绕层、高密度聚乙烯内胆和瓶内高压氢气三个计算区域分别建立了基于有限体积法的三维导热方程。复合材料缠绕层的导热方程中考虑了复合材料的高温热解和热解气的对流及冷却作用,并采用了依赖于复合材料成分和温度的可变物性。通过某商用Ⅳ型储氢瓶的池火火灾试验,对本文开发的共轭传热计算程序进行了验证。使用经过验证的计算程序,对复合材料储氢瓶在火灾条件下的外表面热通量、外表面温度、内部温升、复合材料热解进程等特性开展了数值研究。计算结果表明:储氢瓶外表面热通量具有显著的时间瞬态性以及空间分布不均匀性;高密度聚乙烯内胆在外部热负荷的作用下极有可能发生融化,导致内部高压氢气泄漏;复合材料储氢瓶所受外部对流换热作用不可忽略;考虑复合材料的热解反应可提高储氢瓶的瞬态传热预测精度。最后本文研究了储氢瓶的安装高度、储氢瓶复合材料缠绕层厚度、隔热涂层等关键参数对储氢瓶耐火性能的影响,初步分析得到储氢瓶安装高度越低所受池火火焰冲击越小、增加复合材料缠绕层厚度可避免高密度聚乙烯的融化、最外层添置8 mm碳气凝胶隔热层可显著增强储氢瓶耐火性能等结论,相应提出增强现有储氢瓶耐火性能的具体措施。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB33;TK91

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 姚恺;安振涛;吴雪艳;傅孝忠;;火灾条件下弹药仓库储存安全性研究[J];装备环境工程;2007年06期

2 廖艳芬;漆雅庆;马晓茜;;不同火灾条件下钢筋混凝土柱有限元分析[J];建筑科学;2012年07期

3 张辉;Q235钢在火灾条件下的力学性能研究[J];火灾科学;2004年02期

4 肖科;;常温和火灾条件下钢梁的极限抗剪强度研究[J];消防科学与技术;2019年06期

5 张辉;;火灾条件下16Mn钢的力学性能试验研究[J];理化检验(物理分册);2006年06期

6 李国山 ,于来典 ,侯训召;建筑结构在火灾条件下倒塌破坏的分析[J];山东消防;2002年07期

7 程崇律;徐宝鹏;孔凡夫;;基于共轭传热的火灾条件下复合材料储氢瓶的传热行为[J];燃烧科学与技术;2020年01期

8 张辉;火灾条件下钢结构材料的力学性能研究[J];武警学院学报;2004年03期

9 季蓉蓉;;不同火灾条件下隧道应急照明地面照度实验研究[J];消防技术与产品信息;2018年09期

10 杨秀萍;刘东亚;姚斌;;自然火灾条件下约束钢梁可靠性分析[J];武汉大学学报(工学版);2012年01期

相关会议论文 前4条

1 崔振宇;;高层建筑火灾的人员疏散[A];土木建筑学术文库（第9卷）[C];2008年

2 鞠竹;王振清;韩玉来;梁文彦;李加雷;;火灾高温作用下钢结构倒塌分析[A];第22届全国结构工程学术会议论文集第Ⅱ册[C];2013年

3 郭立治;聂威;张颖宗;张学军;;消防应急灯具在模拟火灾条件下照度变化规律分析[A];提高全民科学素质、建设创新型国家——2006中国科协年会论文集（下册）[C];2006年

4 杨越;高建岭;白玉星;;火灾下石化管廊倒塌全过程模拟分析[A];北京力学会第14届学术年会论文集[C];2008年

相关博士学位论文 前1条

1 李金梅;火灾条件下电缆失效特性及其预测方法研究[D];北京科技大学;2018年

相关硕士学位论文 前10条

1 程崇律;复合材料储氢瓶在火灾条件下的耐火性能数值研究[D];大连理工大学;2019年

2 于俊鹏;不同受火工况下钢筋混凝土连续梁抗剪性能研究[D];华北理工大学;2019年

3 康文东;火灾条件下聚氨酯软泡的收缩及燃烧行为研究[D];青岛科技大学;2018年

4 吴君子;火灾条件下地铁疏散仿真研究[D];西南交通大学;2016年

5 欧蔓丽;火灾条件下钢结构力学性能的研究及应用[D];湖南大学;2007年

6 张立龙;地铁列车火灾条件下人员安全疏散预案研究[D];西南交通大学;2011年

7 胡鑫鑫;火灾条件下钢管混凝土柱多尺度力学性能研究[D];西北工业大学;2016年

8 王虎;大直径原型三环盾构管片衬砌结构火灾条件下试验研究[D];北京交通大学;2016年

9 韩婷婷;基于火灾条件下人员特殊应急疏散行为的疏散过程规律研究[D];安徽建筑大学;2015年

10 张玉锁;钢结构住宅中钢梁在室内局部火灾条件下的抗火设计研究[D];太原理工大学;2003年

，

本文编号：2709563