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(nèi)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(jié)果表明閥內(nèi)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(chǎn)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(zhì)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(nèi)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(jīng)入口進入減壓閥,經(jīng)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(jīng)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(zhì)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(diào)節(jié)輸氫系統(tǒng)的動態(tài)性能。

5、結(jié)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(jié)果表明閥內(nèi)最高流速發(fā)生在閥口偏下游的某處。

參考文獻

　　[1] 　陳鷹,許宏,陶國良,等. 壓縮空氣動力汽車的研究與發(fā)展[J]. 機械工程學報, 2002, 38 (11) : 7211.
　　[2] 　訚耀保,陳潔萍,羅九陽,等. 氫能源汽車車載超高壓氣動減壓閥的機理與特性分析[J]. 中國工程機械學報, 2008, 6 (3) : 3102315.
　　[3] 　王瑞金. Fluent技術基礎與應用實例[M]. 北京:清華大學出版社, 2007.
　　[4] 　陳卓如. 工程流體力學(第二版) [M]. 北京:高等教育出版社, 2004.