液氢储罐尺寸对自增压和恒压排放的影响

摘要整理

氢气作为清洁可再生燃料，液化储存可实现高能量密度，但需在约20 K的低温条件下维持，外部热泄漏导致罐内压力快速上升。本文建立了液氢低温储罐的非稳态热模型，采用低计算成本的集总参数法，将罐内液相和气相作为两个节点进行平均处理。模型用于模拟两种工况：自增压（密闭罐因外部热泄漏引起的压力上升）和恒压排放（通过放气维持罐内压力恒定）。与NASA液氢储罐自增压实验数据对比，压力预测误差在数个百分点以内。研究对形状相似但体积差异大（2~1200 m³）的储罐进行数值分析。在密闭罐中，界面传质表现为初期冷凝随后明显蒸发，压力和温度呈现增长趋势。在恒压排放工况下，初期排放速率远超蒸发速率，经过调整期后两者趋于接近并缓慢演变。100 h内，最大储罐的压力上升速率比最小储罐低6倍。连续排放储罐的相对损耗率与罐径倒数成正比，基本遵循伽利略相似律，偏差仅数个百分点。所开发模型具有灵活性，可用于分析液氢储存系统的多种过程，提高系统效率，这对未来可再生能源经济至关重要。

相关论文