最近的一篇论文发表在杂志上能量综述了液态储氢坦克和绝缘系统的大功率机车。
研究:审查的液氢贮存柜和绝缘系统的大功率机车。图片来源:alexfan32 / Shutterstock.com
背景
受到很大重视氢作为燃料,可以帮助运输部门实现碳中和。氢可以存储在一个化学,液态或气态。在这些形式中,氢存储在液体/液体具有最高的能量密度,可以轻松地转化成氢气。
因此,液氢适用于作为汽车的燃料和有限的空间需要巨大的力量或高速度,如无人驾驶飞机、船舶、机车。此外,使用液态氢可以减少大功率机车等车辆的重量相比,它有一个更高的能量密度电池,允许装载更多的货物和提供很长的里程。
氢列车可以有效长途或多元的大功率机车和用作替代现有柴油火车来减少空气污染,特别是间接排放的空气污染物,如一氧化碳和颗粒物等直接空气污染物。氢火车已经被不同的公司和研究机构研究积极在中国等一些国家,美国(美国),和韩国。
然而,液态氢的保温是具有挑战性的,因为它必须存储在低温状态,这需要一个液氢坦克的分析研究。内部的材料,欧洲杯足球竞彩如vapor-cooled盾牌(VCS),高真空,多层绝缘(多层互连)和玻璃泡沫通常用于保温。
绝缘多用氢测试床的概念。图片来源:Kang D。et al .,能量
这项研究
在这项研究中,研究人员进行了文献综述液态储氢的热力学建模为交通行业应用坦克。文献分为系统、动态和静态建模研究。
静态建模
大多数液氢坦克结合船只或保持独立于运载车辆在运输。欧洲杯足球竞彩材料通常用于生产液氢坦克,如复合材料、钛和铝合金,不锈钢,在低温条件下变得脆弱。其他的材料,欧洲杯足球竞彩如铜,具有较低的绝缘效果比钢和可用于内部容器。
玻璃纤维,如G11 G10-CR, G10,可以用于支持和悬挂在小型固定坦克,而不锈钢可用于大尺寸移动坦克,这就增加了热量泄漏。空气层存在于血管壁内外之间的差距可以配置的固体之间的热辐射和热传导气体。
温度、压力、和水平传感器连接氢的高墙内外坦克。外和金属材料的传感器可以316 l不锈钢和铜,分别。聚酰亚胺薄膜可以利用作为外壳材料绝缘铜线。
喷涂泡沫绝缘材料(索菲)适用于内部材料的真空压力对材料有一个小的影响,不像多层互连。然而,多层互连表现出更好的绝缘性能和索菲相比,而中空玻璃微球(HGM)显示一个比多层互连性能优越。
多层互连的垫片是由低导热系数和反射器热发射率较低。珍珠岩颗粒和alu欧洲杯猜球平台mina-coated聚酯表是用于多层互连,涤纶网和聚酰亚胺薄膜用作间隔和反射器,分别。垫片厚度可以修改提高多层互连绝缘性能。
此外,结合多层互连和泡沫表现出更好的性能比多层互连。多层互连仿真使用半经验公式洛克希德模型可以快速解决整体的热通量,而模拟使用分层技术模型基于迭代算法可以确定每层的温度在多层互连。
导热系数、临界热通量(瑞士法郎),和传热系数(HTC)的氢在先前的研究调查。例如,泡核沸腾流HTC液态氢的总结,和一个人工神经网络是建议可以推出HTC。
多层互连配置绝缘飞船。图片来源:Kang D。et al .,能量
由于氢阶段变化变化
液态氢的显热是更重要的比它的蒸发热,直到达到一个气态氢环境温度,这两个比率的增加和不断上升的压力。例如,比例是23.70在1.2 MPa和7.82 100 kPa,和由3860焦每千克在蒸发焓变化从-253年到20oC。
尽管氢液体的蒸发热冷却燃料电池不足,它帮助在绝缘液体氢燃料箱。此外,液体的蒸发膨胀比氢是848,这意味着100 kPa的液态氢可以蒸发172 MPa的蒸汽氢,这是大大高于300 kPa的气态氢压- 1.6 MPa在典型的汽车燃料电池。因此,有效压力控制是必要的,从船到燃料电池进口和汽化器。
风险投资是技术之间的边界之间的主动和被动绝缘和位于多层互连和内壁。研究表明,风投的传热是一样的热量的差异退出,进入风投。然而,传热通过风险投资被认为是显热产生的外部温度和饱和蒸汽温度之间的区别。
蒸发率(BOR)指的是蒸发气体(沼泽)比生成的一天从整个坦克。研究表明,移动船只的BOR远远高于静止坦克由于晃动的振动,这增加了分层厚度。
另一项研究调查的影响水平正弦晃动在垂直坦克证明了时间压力曲线增加,当超过临界频率和振幅振动条件。
系统的建模
油箱和燃料电池容量确定基于氢汽车的目的。有轨电车、卡车和公共汽车通常需要两到四个燃料电池模块,而机车需要一到两个燃料电池模块的六个轮子。
燃料的效率可以降低由于乘客和货物的体重增加。例如,个人汽车的燃油效率是90 - 100公里/公斤,而机车的效率是1 - 2公里/公斤。
努力正在安排一个液氢从传统柴油电动机车机车。在液氢机车设计、质量流量和柴油机车引擎组件将被改变氢供应系统和燃料电池,而加热、通风和空调(HVAC)系统将保持不变。
油箱设计:(一个)大小传统的柴油罐底部的车辆,(b)安排1-m-diameter坦克,(c)安排0.72米的坦克。图片来源:Kang D。et al .,能量
然而,暖通空调系统将被改变的大小和安排由于差异产生的热量由燃料电池和引擎。最新技术,或liquid-change冷却阶段,可以用来减少空调系统体积。
液氢坦克可以制造球形形状和定位在机车保温效果,最大化作为低表面体积比球形坦克。然而,滚刀式坦克通常优于球面型空间利用率。
油箱的效率可以通过执行热增加,结构分析,采用设计过程,包括材料的选择。例如,压力控制使用坦克微重力油箱效率增加。此外,发泄的变化根据坦克的安排也提高了系统效率。
结论
本文回顾了最近的趋势在氢火车的热力学建模研究和坦克。在未来,更多的研究需要优化悬架设计挡板和血管之间的船最小化沼泽。
另外,排水和填充的优化方法和位置,安排和材料的绝缘系统和血管壁,液氢容器安排不同,位置,形状,和质量流量的动态控制,蒸发器系统和压力必须研究提高氢的存储在不同的车辆,特欧洲杯足球竞彩别是机车。
源
康,D。Yun, S。、金、B.-k。审查的液氢贮存柜和绝缘系统的大功率机车。能量2022年。https://www.mdpi.com/1996-1073/15/12/4357
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