PDF《车载高压氢瓶火烧试验及不同充装介质数值比较研究 》

3 期 刘岩等:车载高压氢瓶火烧试验及不同充装介质数值比较研究

413 渐上升,气瓶具有爆炸的危险,危险系数较高.针对于氢气等易燃易爆特殊充装介质,泄放时刻急剧爆 燃,增大了试验危险系数,因此有必要通过试验以及理论、数值计算,比较不同充装介质对试验控制参 数的影响,基本确定车用燃料气瓶的火烧试验方法及最佳控制参数指标,提高试验安全性,降低风险, 指导试验顺利进行. 国内外有关高压气瓶火烧试验方法研究方面,日本Tamura Y以35 MPa,65 L的储氢瓶为试验对象进 行了火烧试验,通过数值模拟研究了燃料类型和流量对爆破片(简称PRD,Pressure Relief Device)动作时 间的影响 [3~5] .Zalosh和Weyandt以72.4 L但不含PRD装置的气瓶为试验对象进行了火烧爆炸研究[6] .浙江 大学郑津洋教授团队现正积极与大连市锅炉压力容器检验研究院气瓶试验中心(国家质检总局核准的气 瓶设计文件鉴定机构和唯一综合性气瓶型式试验机构)联合开展氢瓶火烧试验方法的研究工作[7~9] . 本文以

74 L、35 MPa 车用氢气铝合金内胆碳纤维全缠绕气瓶为研究对象,以充装氢气进行的火烧试 验为基础,构建了燃烧和传热模型,提出了爆破压力、耐火烧时间等试验控制参数的预测方法,比较了 充装介质分别为氢气和空气对试验参数的影响,为气瓶标准制定和火烧试验安全性能评估提供依据.

2 火烧试验 Computer P1 T1 T2 T3 Cylinder Fire resource transmitter Pressure 2.1 试验设计及过程 [1,2,6] 试验设计方案如图

1 所示.气瓶出口装有爆破片. 试验环境温度 10℃,试验充装介质为氢气,初始充装压 力28.4 MPa, 火烧

377 s 后开启 PRD, 压力为 31.2 MPa. 试验气瓶总长为

950 mm, 试验火源即燃烧排长度为

1650 mm.火源管子间隔

30 mm 开有直径为

3 mm 向上 的喷气小孔;

试验气瓶与火源间隔

100 mm;

瓶阀处采用 铜皮包裹防护以防止易熔塞直接受火焰加热提前融化, 用防火石棉堵塞防护缝隙部分;

瓶阀压力出口引出管线 以便远程进行压力的监视与控制. 图1试验设计方案 Fig.1 Test design proposal 试验有效控制火焰温度,通过压力、温度传感器实 时测量火烧过程中容器内的 压力、火焰温度和器壁温度. 采用

14 个热电偶通道温度数 据采集及

1 个压力传感器压 力数据采集通道. 2.2 试验结果及数值分析 氢瓶火烧试验过程如图

2 所示,PRD 动作图为 PRD 开启氢气泄放遇火燃烧的场 景. 温度数据分为上中下以及 瓶阀四部分, 测点平均温度与 时间的规律曲线如图

2 所示. 从曲线看出底部和中部 温度平均值在 PRD 泄放之前 相差不大,上部测点温度较 低, 基本符合试验过程中火焰 的分布规律.瓶阀处金属挡板起到了预先设计的作用,瓶阀温度升高非常缓慢,在PRD 开启时达到的最 高温度与上部测点温度相近.377 s 后PRD 开启,氢气泄放遇火迅速燃烧,燃烧氢气受铜皮保护罩作用

800 600

400 200

0 ―― bottom ―― middle ―― top ―― valve

0 100

200 300

400 500 Bonfire test Test point PRD activated T / s 图2气瓶测点温度―时间曲线 Fig.2 Temperature-time curve outside cylinder t / ℃

414 高校化学工程学报2012年6月Pressure

0 100

200 300

400 500 T / s 图3试验过程中气瓶内部压力―时间曲线 Fig.3 Pressure-time curve inside tested cylinder Rise Equilibrium PRD activated Constant Downward