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充氢工艺对复合材料储氢气瓶残余应力的影响 被引量:4

THE INFLUENCE OF FAST FILLING ON THE RESIDUAL STRESS OF COMPOSITE OVERWRAPPED PRESSURE VESSEL FOR HYDROGEN
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摘要 温升是复合材料储氢气瓶充氢过程中十分重要的问题,由于温度场的不均匀和材料热膨胀系数的不同,热机械耦合效应必然存在。为了研究复合材料气瓶充氢时的热机械耦合效应,该文提出了流-热-固耦合分析方法。该方法先建立复合材料气瓶充氢过程的computational fluid dynamics(CFD)分析模型,采用该模型分析充氢过程气瓶的温度分布;再建立复合材料气瓶的热-机械耦合分析模型,将CFD模型获得的温度场输入到热机械耦合模型中,并施加位移和载荷边界条件,分析热-机械耦合效应,通过解析解和试验数据验证方法的可靠性和准确性。采用该方法研究充氢速率、充氢口位置和气瓶几何尺寸对温度场、应力场的影响,该文获得的结果将为复合材料储氢气瓶的设计和充氢工艺优化提供技术支持。 Temperature rise is an important issue during the fast filling of a composite overwrapped pressure vessel(COPV)for hydrogen storage.There exists a thermal-mechanical coupling effect due to the non-uniform temperature distribution and different thermal expansion coefficients.In this study,a fluid-thermal-solid coupling analysis method is proposed for the thermal-mechanical behavior of COPV during fast filling.In this method,a computational fluid dynamics(CFD)model is set up first to obtain the temperature field,which is input into a thermal-mechanical model as boundary condition.By this method,the influences of filling rate,inlet location and geometry of the COPV on the temperature and stress fields are studied.The results of this work will provide a guidance for the design of COPV and the optimization of filling processes.
作者 江勇 许明 危书涛 JIANG Yong;XU Ming;WEI Shu-tao(Hefei General Machinery Research Institute Co.Ltd,Hefei,Anhui 230031,China)
出处 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2021年第1期249-256,共8页 Engineering Mechanics
基金 国家重点研发计划项目(2019YFB1504803) 安徽省自然科学基金面上项目(1808085ME120)。
关键词 温升 复合材料气瓶 流-热-固耦合 快速充氢 热机械应力 temperature rise composite overwrapped pressure vessel fluid-thermal-solid coupling fast filling thermal-mechanical stress
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