氢无损储存系统研究与设计

针对氢燃料在动力系统中的应用需求,从氢储存和氢增压输送两个方面,综述氢燃料储存的研究现状,探讨氢储存原理、输送方案、适用装置、各自优缺点以及安全控制手段,比较几种无损安全设计方案。依据氢无损储存系统设计要求而设计的液氢储罐,包括储箱形状设计、绝热结构选择、支撑结构设计、防晃设计、强度设计等,进行较为综合的比较与分析;并利用CFD内嵌模块对储罐的传热和强度进行数值计算,评估其低温绝热结构的保冷效果;根据承受载荷,对低温条件下的储罐载荷进行强度计算,分析应力应变特性;最后,进行实验验证该储罐保证热流密度小于1.4 W/m^(2)的无损储存的设计要求。

小流量高扬程液氢泵水力优化和抗空化的结构设计

针对液氢在低温系统或低温储罐中输送的应用需求,依靠泵设计经验参数取值而设计的小流量高扬程液氢泵,相似定律转换为模型泵,试验测试其外特性得到:在额定工况下,与理论扬程相比,泵内存在6 m水力损失,同时,液氢总是处于近饱和状态,特别当泵前低温流体的进口压力降低或波动时,离心式液氢泵极易发生空化,造成扬程下降。以提高液氢泵的抗空化特性和提高泵水力效率为目标,建立小流量高扬程液氢泵的多目标优化设计方法,依据小流量高扬程液氢泵模型泵的外特性测试结果,对泵头的几何结构参数进行优化设计,结果表明:叶轮入口直径增大1.5 mm、直角的叶片进、出口安放角减小为60°、叶轮出口直径减小0.5 mm、叶片进口宽度减小0.1 mm,叶片出口宽度减小0.3 mm,减小流体出口间隙,有利于泵减小水力损失,提高泵效率,并改善泵的空化性能。本研究采用的计算方法为小流量高扬程液氢泵高效水力模型的优化设计提供参考,研究结果为小流量高扬程液氢泵的结构优化和获得工作特性的实验研究提供理论依据。