基于CFD的车载高压气动减压阀流场分析

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)同济大学 作者:訚耀保

  对某氢能源汽车两级高压气动减压阀进行了流场分析。首先分析了车载两级高压气动减压阀的工作过程,采用CFD (计算流体动力学)方法并利用Gambit及Fluent软件研究了阀腔内部的压力场和速度场分布,分析了两个阀口的减压作用,速度场分析结果表明阀内最高流速发生在阀口附件且偏下游的位置。

1、前言

  氢能源汽车常采用高压气体储氢方式,通过气态氢和空气中的氧气发生反应生成水,实现无污染零排放,同时利用化学反应产生的电能推动汽车行驶。为保证一次加氢后汽车的连续行驶距离达到300km以上,车载输氢系统的气瓶压力要求达到35MPa以上[1、2]。氢能源汽车中质子交换膜燃料电池要求所提供氢气的正常工作压力为0.16MPa。

  文献[2]中提出了利用两级减压方式,实现车载输氢系统的压力控制。本文在此基础上,研究两级减压过程中,阀腔内的流场及其分布。

2、车载两级高压气动减压阀

  图1所示为某氢能源汽车上使用的两级高压气动减压阀输氢系统原理。

车载两级气动减压阀输氢系统原理示意

图1 车载两级气动减压阀输氢系统原理示意

  该氢能源汽车所采用的两级高压气动减压阀组由阀座、一级减压阀、二级减压阀、细长节流1、细长节流孔2等部分组成,其中一级减压阀和二级减压阀均为直动式锥形减压阀,并通过插装连接方式安装在阀座上。工作时,高压气体由气源经入口进入减压阀,经过一级减压阀和细长节流孔1完成输氢系统的第一次减压,这时高压气体压力由35MPa减到5MPa;再经过二级减压阀和细长节流孔2完成输氢系统第二次减压,这时,压力由5MPa减压到0. 16MPa。通过节流输送到质子交换膜燃料电池。在工作过程中,阀座上的两个容腔起到气容的作用,调节输氢系统的动态性能。

5、结论

  (1)氢能源汽车车载输氢系统采用二级减压方案,流场分布稳定,可以达到减压的基本要求;

  (2)压力场分析表明减压过程主要在集中在两口阀口处实现,速度场分析结果表明阀内最高流速发生在阀口偏下游的某处。

参考文献

  [1]  陈鹰,许宏,陶国良,等. 压缩空气动力汽车的研究与发展[J]. 机械工程学报, 2002, 38 (11) : 7211.
  [2]  訚耀保,陈洁萍,罗九阳,等. 氢能源汽车车载超高压气动减压阀的机理与特性分析[J]. 中国工程机械学报, 2008, 6 (3) : 3102315.
  [3]  王瑞金. Fluent技术基础与应用实例[M]. 北京:清华大学出版社, 2007.
  [4]  陈卓如. 工程流体力学(第二版) [M]. 北京:高等教育出版社, 2004.

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