基于CFD的車載高壓氣動減壓閥流場分析

　　對某氫能源汽車兩級高壓氣動減壓閥進行了流場分析。首先分析了車載兩級高壓氣動減壓閥的工作過程,采用CFD (計算流體動力學)方法并利用Gambit及Fluent軟件研究了閥腔內部的壓力場和速度場分布,分析了兩個閥口的減壓作用,速度場分析結果表明閥內最高流速發(fā)生在閥口附件且偏下游的位置。

1、前言

　　氫能源汽車常采用高壓氣體儲氫方式,通過氣態(tài)氫和空氣中的氧氣發(fā)生反應生成水,實現(xiàn)無污染零排放,同時利用化學反應產生的電能推動汽車行駛。為保證一次加氫后汽車的連續(xù)行駛距離達到300km以上,車載輸氫系統(tǒng)的氣瓶壓力要求達到35MPa以上^[1、2]。氫能源汽車中質子交換膜燃料電池要求所提供氫氣的正常工作壓力為0.16MPa。

　　文獻^[2]中提出了利用兩級減壓方式,實現(xiàn)車載輸氫系統(tǒng)的壓力控制。本文在此基礎上,研究兩級減壓過程中,閥腔內的流場及其分布。

2、車載兩級高壓氣動減壓閥

　　圖1所示為某氫能源汽車上使用的兩級高壓氣動減壓閥輸氫系統(tǒng)原理。

圖1　車載兩級氣動減壓閥輸氫系統(tǒng)原理示意

　　該氫能源汽車所采用的兩級高壓氣動減壓閥組由閥座、一級減壓閥、二級減壓閥、細長節(jié)流1、細長節(jié)流孔2等部分組成,其中一級減壓閥和二級減壓閥均為直動式錐形減壓閥,并通過插裝連接方式安裝在閥座上。工作時,高壓氣體由氣源經入口進入減壓閥,經過一級減壓閥和細長節(jié)流孔1完成輸氫系統(tǒng)的第一次減壓,這時高壓氣體壓力由35MPa減到5MPa;再經過二級減壓閥和細長節(jié)流孔2完成輸氫系統(tǒng)第二次減壓,這時,壓力由5MPa減壓到0. 16MPa。通過節(jié)流輸送到質子交換膜燃料電池。在工作過程中,閥座上的兩個容腔起到氣容的作用,調節(jié)輸氫系統(tǒng)的動態(tài)性能。

5、結論

　　(1)氫能源汽車車載輸氫系統(tǒng)采用二級減壓方案,流場分布穩(wěn)定,可以達到減壓的基本要求;

　　(2)壓力場分析表明減壓過程主要在集中在兩口閥口處實現(xiàn),速度場分析結果表明閥內最高流速發(fā)生在閥口偏下游的某處。

參考文獻

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