復(fù)合材料CNG氣瓶充氣溫升的數(shù)值模擬

林玉娟，王志偉，高 東

(1.東北石油大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院，黑龍江 大慶 163318; 2.中科(廣東)煉化有限公司，廣州 湛江 524076)

隨著壓縮天然氣汽車的迅速發(fā)展，作為其關(guān)鍵零部件之一的壓縮天然氣氣瓶也備受關(guān)注。目前，車用的壓縮天然氣氣瓶都朝著輕便化、強(qiáng)壓化、高安全性和低成本等趨勢(shì)發(fā)展，因而復(fù)合材料CNG氣瓶在國內(nèi)外越來越受到重視。與全金屬氣瓶相比，復(fù)合材料CNG氣瓶具有使用壽命較長、強(qiáng)度高、結(jié)構(gòu)輕便、安全性高等優(yōu)勢(shì)。但是溫度對(duì)復(fù)合材料有很大的影響，而且復(fù)合材料的粘合劑用樹脂作為原材料，當(dāng)出現(xiàn)溫度太高的情況時(shí)，纖維纏繞層(簡稱纖維層)與內(nèi)膽層容易發(fā)生脫離，使得容器的負(fù)荷能力受到影響，直接影響氣瓶的安全使用【1】。天然氣氣瓶的充裝是一個(gè)溫升過程，為了防止充裝過程中氣瓶內(nèi)溫度太高，需要研究其快速充裝過程，觀測(cè)快充時(shí)的溫度變化。此外，天然氣加氣站在計(jì)量天然氣時(shí)用的是質(zhì)量流量計(jì)，而為了使充裝質(zhì)量達(dá)到規(guī)定值，氣瓶往往充得很滿，由于氣瓶內(nèi)的溫升作用，充裝壓力將會(huì)上升，這可能致使氣瓶的充裝壓力超出額定值，導(dǎo)致危險(xiǎn)發(fā)生【2】。因此，對(duì)于氣瓶的安全快速充裝而言，復(fù)合材料CNG氣瓶的充氣溫升研究具有實(shí)際意義。

國內(nèi)外已經(jīng)進(jìn)行了氣瓶快充時(shí)溫升問題的相關(guān)理論與試驗(yàn)研究。Kenneth J Kountz【3】從理論角度對(duì)天然氣氣瓶的快速充裝溫升問題進(jìn)行了分析，假設(shè)氣瓶內(nèi)部的溫度均勻分布，研究結(jié)果表明在20 MPa下用5 min將氣瓶充滿，溫升不會(huì)高出 30 ℃；……