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氢燃料电池汽车是如今新能源世界格局的必然选择,车载储氢气瓶是氢燃料电池汽车的重要构件之一。为普及、推广氢燃料电池汽车的使用,需要大量建设加氢站,从而保证氢燃料电池汽车的驾驶里程。当加氢站中高压储氢罐向车载储氢气瓶供给氢气时,车载储氢气瓶需在3分钟内压力达到70MPa,在短时间内气瓶内压力升高、氢气压缩等因素将导致车载储氢气瓶内氢气温度明显的升高,过高的温度会对车载储氢气瓶的安全造成威胁。同时,车载储氢气瓶内会产生超声速现象等相关问题。基于此,本文主要研究内容如下:(1)依据GB 50516-2010和SAE J2601-201407提出一套完整、新型、具体的70 MPa车载储氢气瓶的供氢系统。本文所提出的70 MPa车载储氢气瓶的供氢系统由三级压缩子系统A、B、C,真空泵、车载储氢气瓶、储水罐及备用高压储罐组成。每个压缩子系统都由压缩机、冷却器、高压分离器和高压储氢罐组成,其中压缩机使用离子液压缩机,冷却器使用HYPER涡流管,高压分离器使用热高压分离器。(2)分析压缩子系统C中的第三级高压储氢罐向车载储氢气瓶供氢过程。用Aspen Plus和Aspen HYSYS分别对车载储氢气瓶供氢系统流程进行稳态模拟和第三级高压储氢罐向车载储氢气瓶充气过程中第三级高压储氢罐进行动态模拟。通过仿真分析,得到了第三级高压储氢罐容积的理论计算与模拟存在差别。第三级高压储氢罐的压力为93MPa和94 MPa时,可满足52 L~112 L和122 L车载储氢气瓶的快速充氢。同时,还得到了第三级高压储氢罐向车载储氢气瓶充气时,第三级高压储氢罐的氢气平均体积流量随其压力和容积的变化情况以及第三级高压储氢罐内体积流量和压力随时间的变化情况。通过比较Aspen Plus稳态模拟和Aspen HYSYS动态模拟的结果,发现二者存在一定差别。(3)对70 MPa车载储氢气瓶快速充氢过程温度、压力及跨音速现象进行分析。使用CFD(Computation Fluid Dynamics)软件数值模拟70 MPa车载储氢气瓶快速充氢过程并对其验证。70 MPa车载储氢气瓶快速充氢过程中,由于气体的压缩作用,气体的动能转换为内能,焦耳——汤姆逊效应(Joule-Thomson)以及车载储氢气瓶与环境之间的换热等多种因素导致车载储氢气瓶内温度升高,同时,因压缩子系统C中的第三级高压储氢罐与车载储氢气瓶压力比高,导致车载储氢气瓶在快速充氢过程中产生跨音速现象。车载储氢气瓶快速充氢前3.2秒,气瓶口处气流为超声速,3.2秒之后均为亚声速。70MPa车载储氢气瓶在快速充氢过程中超声速现象的存在不会危及整体车载储氢气瓶的安全。