本文關鍵詞：活性炭吸附儲氫過程的熱力學分析與模擬，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】： 儲氫過程中熱效應的不利影響是氫氣吸附儲存應用于新能源汽車需要解決的關鍵問題之一。本文以車用吸附儲氫罐為研究對象,在吸附等溫線模型、氣體狀態(tài)方程等熱力學分析模型基礎上,利用有限元軟件COMSOL及動態(tài)系統(tǒng)仿真工具Matlab/Simulink,建立了COMSOL多維模型及Matlab/Simulink系統(tǒng)模型對活性炭吸附儲氫過程進行模擬,研究儲氫過程中的熱質傳遞。并針對加拿大三河城魁北克大學氫能研究所進行的低溫吸附儲氫實驗,研究了低溫條件下吸附儲氫熱效應的影響及熱力學優(yōu)化控制方法。 文章首先介紹了活性炭吸附儲氫過程的熱力學分析模型,包括吸附等溫線模型,吸附熱的熱力學計算以及氣體狀態(tài)方程。對吸附等溫線模型的研究意義及選取、吸附過程中產生吸附熱的數值確定方法、不同儲氫條件下氣體狀態(tài)方程的適用性及選取進行了探討。 然后基于有限元求解法,建立了COMSOL模型對活性炭吸附儲氫過程進行模擬,研究儲氫過程中的熱質傳遞。重點考慮了充氣過程中高速流體的慣性阻力、活性炭床與不銹鋼罐體之間的接觸熱阻以及活性炭床有效熱導率對活性炭吸附儲氫熱效應的影響。并利用Matlab/Simulink,通過動態(tài)集總參數模型模擬了活性炭的吸附儲氫過程,對充氣過程中儲氫罐內壓力及溫度的變化進行了分析,同時研究了儲氫過程中的動態(tài)吸附曲線,對吸附儲氫過程有了較直觀的了解。 最后針對加拿大三河城魁北克大學氫能研究所進行的低溫吸附儲氫實驗,在吸附儲氫COMSOL多維模擬及Simulink系統(tǒng)分析模擬基礎上,進行了活性炭低溫吸附儲氫熱效應的仿真模擬,并與實驗結果進行了對比。在此基礎上,研究了充氣速度、活性炭床有效熱導率對低溫吸附儲氫熱效應的影響,初步探索了低溫條件下活性炭吸附儲氫熱效應的優(yōu)化控制方法。
【關鍵詞】：活性炭 吸附 儲氫 熱力學 模擬
【學位授予單位】：武漢理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2010
【分類號】：TK124
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-19
• 1.1 研究背景及意義9-12
• 1.1.1 研究背景9-10
• 1.1.2 研究意義10-12
• 1.2 國內外研究現狀12-17
• 1.2.1 儲氫材料研究12-14
• 1.2.2 吸附儲氫研究14-15
• 1.2.3 吸附過程熱力學研究15-17
• 1.3 本文工作17-19
• 1.3.1 吸附儲氫過程的熱力學模型17
• 1.3.2 基于COMSOL的活性炭吸附儲氫模擬17
• 1.3.3 基于Matlab/Simulink的活性炭吸附儲氫模擬17-18
• 1.3.4 活性炭低溫吸附儲氫的熱力學分析與優(yōu)化18-19
• 第2章 吸附儲氫過程的熱力學模型19-31
• 2.1 吸附等溫線模型19-24
• 2.1.1 吸附等溫線研究的必要性19
• 2.1.2 吸附等溫線的分類19-21
• 2.1.3 吸附等溫線模型的比較21-24
• 2.2 吸附熱的熱力學計算24-26
• 2.2.1 吸附熱的產生機理24
• 2.2.2 吸附熱的計算24-26
• 2.3 氣體狀態(tài)方程26-30
• 2.3.1 理想氣體狀態(tài)方程27-28
• 2.3.2 實際氣體狀態(tài)方程28-30
• 2.4 本章小結30-31
• 第3章 基于COMSOL的活性炭吸附儲氫模擬31-49
• 3.1 活性炭吸附儲氫的偏微分方程模型31-35
• 3.1.1 質量守恒方程31-32
• 3.1.2 動量守恒方程32-33
• 3.1.3 能量守恒方程33-35
• 3.2 COMSOL模型及其參數35-38
• 3.2.1 儲氫罐幾何模型35
• 3.2.2 材料物性35-37
• 3.2.3 邊界條件37-38
• 3.3 COMSOL模擬結果與分析38-48
• 3.3.1 壓力變化38
• 3.3.2 溫度及速度變化38-42
• 3.3.3 動態(tài)吸附42-43
• 3.3.4 儲氫系統(tǒng)質量平衡分析43-44
• 3.3.5 儲氫系統(tǒng)熱源項及熱傳遞分析44-48
• 3.4 本章小結48-49
• 第4章 基于Matlab/Simulink的活性炭吸附儲氫模擬49-57
• 4.1 活性炭吸附儲氫的常微分方程模型49-51
• 4.1.1 氫氣質量平衡49-50
• 4.1.2 活性炭床能量平衡50
• 4.1.3 不銹鋼罐體能量平衡50-51
• 4.2 Matlab/Simulink模型及其參數51-54
• 4.2.1 幾何模型51-52
• 4.2.2 模型物理參數52
• 4.2.3 儲氫系統(tǒng)Simulink模型52-54
• 4.3 Matlab/Simulink模擬結果與分析54-56
• 4.3.1 儲氫罐內壓力變化54
• 4.3.2 儲氫罐吸附床平均溫度變化54-55
• 4.3.3 氫氣質量平衡分析55-56
• 4.4 本章小結56-57
• 第5章 活性炭低溫吸附儲氫的熱力學分析與優(yōu)化57-72
• 5.1 低溫吸附儲氫的COMSOL模擬57-63
• 5.1.1 COMSOL低溫吸附儲氫模型57-59
• 5.1.2 物性參數及邊界條件59-60
• 5.1.3 模擬結果60-63
• 5.2 低溫吸附儲氫的Matlab/Simulink模擬63-66
• 5.2.1 Simulink低溫吸附儲氫模型及物性參數63-64
• 5.2.2 模擬結果與分析64-66
• 5.3 低溫吸附儲氫的熱力學優(yōu)化66-71
• 5.3.1 活性炭床有效熱導率對低溫吸附儲氫熱效應的影響66-68
• 5.3.2 充氣速度對低溫吸附儲氫熱效應的影響68-71
• 5.4 本章小結71-72
• 第6章 結論與展望72-75
• 6.1 結論72-73
• 6.2 展望73-75
• 致謝75-76
• 參考文獻76-80
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文和參加的科研項目80

【引證文獻】

中國期刊全文數據庫 前1條

1 陳安良;陶菲;;活性炭吸附的應用研究[J];化學工程與裝備;2011年11期

中國博士學位論文全文數據庫 前1條

1 葉鋒;碳基儲氫材料多孔結構中傳輸與吸附的多尺度模擬[D];武漢理工大學;2011年

中國碩士學位論文全文數據庫 前4條

1 彭榮;多孔材料吸附儲氫的CFD模擬與優(yōu)化[D];武漢理工大學;2012年

2 李千;低溫吸附儲氫系統(tǒng)的仿真與優(yōu)化[D];武漢理工大學;2012年

3 高宇翔;VOCs在活性炭固定床上的吸附動力學[D];華南理工大學;2012年

4 胡敏;多孔材料儲氫的有限元模擬與優(yōu)化[D];武漢理工大學;2012年

  本文關鍵詞：活性炭吸附儲氫過程的熱力學分析與模擬，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：419852