隧道內(nèi)燃料電池機車氫氣泄漏擴散特性分析*

薛龍昌 默帆 宋立業(yè) 鄧佳佳 劉斌

(1.中車工業(yè)研究院有限公司 北京 100160； 2.河北石家莊鐵道大學機械工程學院 石家莊 050043； 3.浙江海洋大學船舶與海運學院 浙江舟山 316022)

0 引言

氫氣(H2)被稱為21世紀的“終極能源”，是實現(xiàn)碳中和的重要手段[1]。H2可通過燃料電池化學反應直接轉換成電能，用于發(fā)電及交通運輸?shù)萚2]。氫燃料電池動力系統(tǒng)應用于軌道車輛，替代傳統(tǒng)內(nèi)燃機或弓網(wǎng)受流系統(tǒng)，能顯著降低建設投資，并具有高效率、無污染、低噪音等優(yōu)勢。目前，氫燃料電池機車主要采用若干高壓氫罐儲存H2，其高壓罐故障時可能會導致H2泄漏。H2密度較小且易燃易爆，特別在隧道等封閉或半封閉不利于氣體擴散的空間內(nèi)，泄漏的H2和空氣混合可能會形成氫爆炸云團，造成嚴重后果，因此氫燃料電池機車和其他應用中儲氫系統(tǒng)的安全性問題亟需解決[3]。

目前，一些學者已經(jīng)開展了一些關于隧道中的H2泄漏的研究，但沒有足夠完善的指導方針解決隧道內(nèi)的安全風險。目前主要采用實驗和數(shù)值模擬2種方法。在實驗方面，考慮到安全問題，一些學者利用相似替代物，如氦氣(He)、氮氣(N2)等進行實驗，這是因為H2和這些替代物泄漏擴散的規(guī)律相似，但這些氣體化學性質穩(wěn)定，不存在燃燒爆炸可能性[4]。另外少數(shù)學者在確保安全情況下進行H2泄漏燃燒實驗。GU X等[5]通過實驗研究了不同條件下隧道內(nèi)H2射流的火災特性，分析了射流火災時對隧道內(nèi)H2溫度和擴散的影響，結果表明隧道內(nèi)的升溫速率與H2擴散速率的關系?！?br>