(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111465543.7 (22)申请日 2021.12.0 3 (71)申请人 上海交通大 学 地址 200240 上海市闵行区东川路80 0号 (72)发明人 邹建新　尹成龙　林羲　 (74)专利代理 机构 上海旭诚知识产权代理有限 公司 312 20 代理人 郑立 (51)Int.Cl. G06F 30/18(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G16C 60/00(2019.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 113/08(2020.01)G06F 113/14(2020.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种大型流体换热式固态储氢容器放氢过 程的仿真方法 (57)摘要 本发明公开了一种大型流体换热式固态储 氢容器放氢过程的仿真方法， 包括以下步骤： 步 骤1、 建立大型流体换热式固态储氢容器的结构 模型； 步骤2、 对所述固态储氢容器放氢过程的参 数进行设定； 步骤3、 对步骤1的所述结构模型划 分网格； 步骤4、 建立所述固态储氢容器放氢过程 的数学模型； 步骤5、 对 所述固态储氢容器放氢过 程进行瞬态计算； 步骤6、 获得计算结果。 本发明 提供可以动态地反映换热流体流经储氢材料床 体后的温度变化情况， 实现流体温度与储氢材料 床体温度、 反应分数的全耦合建模， 大幅减少计 算时间， 降低计算成本， 提高设计效率。 权利要求书2页 说明书6页 附图4页 CN 114117704 A 2022.03.01 CN 114117704 A 1.一种大型流体换热式固态储氢容器放氢过程的仿真方法， 其特征在于， 所述仿真方 法包括以下步骤： 步骤1、 建立大 型流体换 热式固态储氢容器的结构模型； 步骤2、 对所述固态储氢容器放氢 过程的参数进行设定； 步骤3、 对步骤1的所述结构模型划分网格； 步骤4、 建立所述固态储氢容器放氢 过程的数 学模型； 步骤5、 对所述固态储氢容器放氢 过程进行瞬态计算； 步骤6、 获得计算结果。 2.如权利要求1所述的大型流体换热式固态储氢容器放氢过程的仿真方法， 其特征在 于， 所述步骤1的结构模 型包括： 储 氢容器壳体、 固态储氢材料床 体的三维结构模 型， 换热流 体管道的一维结构模型。 3.如权利要求2所述的大型流体换热式固态储氢容器放氢过程的仿真方法， 其特征在 于， 所述步骤2的参数包括： 所述固态储氢材料床 体、 所述储 氢容器壳体、 所述换热流体的初 始温度， 所述固态储氢容器内的初始压强， 所述固态储氢材料的初始反应分数、 含氢量， 所 述储氢容器壳体、 固态储氢材料、 氢气的物化性质， 所述换热流体入口温度、 流体流速、 流体 压强， 氢气出口压强， 孔隙率。 4.如权利要求3所述的大型流体换热式固态储氢容器放氢过程的仿真方法， 其特征在 于， 所述步骤4的数学模型中， 将所述换热流体管道中的流体传热和流动过程简化为一 维非 等温管道流， 并将一 维非等温管道流的能量守恒方程与所述储氢容器壳体和所述固态储氢 材料床体的能量守恒方程、 质量守恒方程、 动量守恒方程、 放氢反应的热力学方程、 动力学 方程进行耦合。 5.如权利要求4所述的大型流体换热式固态储氢容器放氢过程的仿真方法， 其特征在 于， 使用内部膜阻近似流体边界层对温度传递的影响， 简化所述换热流体管道内流体流动 的建模。 6.如权利要求5所述的大型流体换热式固态储氢容器放氢过程的仿真方法， 其特征在 于， 所述一维非等温管道流的能量守恒方程 为： 式中， ρ 是流体密度， A是流体管路横截面面积， Cp是流体热容， T是温度， 是流场矢量， k 是流体热导率， Q是内热源， fD为摩擦因子， dh为水力直径， 以上参数针对所述 换热流体管道； Qwall是流体通过 所述换热流体管道壁与所述固态储氢 材料床体的热量交换。 7.如权利要求6所述的大型流体换热式固态储氢容器放氢过程的仿真方法， 其特征在 于， 流体通过 所述换热流体管道壁与所述固态储氢 材料床体的热量交换计算方式为： Qwall＝(hZ)eff(Text‑T) 式中， (hZ)eff是有效换热系数， Text是通过所述储氢容器的三维能量守恒 方程得到的所 述换热流体管道外壁温度。 8.如权利要求7所述的大型流体换热式固态储氢容器放氢过程的仿真方法， 其特征在 于， 所述有效换 热系数的计算方式为：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114117704 A 2式中， r0hint表示所述换热流体管道内流体边界层对流体换热 的影响， r0表示所述换热 流体管道内径， r1表示所述换热流体管道外径， k1表示所述换热流体管道材料热导率， hint＝ Nu*k/dh， Nu为流体努塞尔数。 9.如权利要求4所述的大型流体换热式固态储氢容器放氢过程的仿真方法， 其特征在 于， 所述固态储氢 材料放氢反应的动力学 方程为： 式中， k0是反应速率常数， Ed为激活能， T为温度， PH2为氢气气压， Peq,d为平衡气压， n为与 反应类型有关的常数， α 为反应转变分数， R为理想气体常数。 10.如权利要求4所述的大型流体换热式固态储氢容器放氢过程的仿真方法， 其特征在 于， 所述固态储氢 材料放氢反应的热力学 方程为： 式中， ΔS是放氢反应熵变， Δ H是放氢反应焓变， Peq是平衡压强， Pref＝0.1MPa。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114117704 A 3