基于MATLAB/SIMULINK車載吸附儲(chǔ)氫系統(tǒng)的集總參數(shù)模型

2017-01-16 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

本案例在熱力學(xué)定律的基礎(chǔ)上,使用修正的Dubinin-Astakhov(D-A)吸附等溫線模型,基于MATLAB/SIMULINK平臺(tái)建立了車載低溫吸附儲(chǔ)氫系統(tǒng)的集總參數(shù)模型。

1. 理論

1-1.吸附

流體與多孔材料接觸時(shí),流體中某一組分或多個(gè)組分在固體表面處產(chǎn)生積蓄作用,這種現(xiàn)象稱為吸附。目前常見的吸附等溫線模型主要有 Langmuir 方程、 Virial 方程、Freundlich 方程、Herry 定律和 D-A方程等。根據(jù)其修正的 D-A 等溫線模型,單位質(zhì)量活性炭AX-21的絕對(duì)吸附量可用以下公式表達(dá):

1-2.吸附熱模型

吸附熱反映了吸附劑在吸附氣體過程中的熱效應(yīng),由于吸附過程中,氣體分子向固體吸附劑表面移動(dòng),其分子運(yùn)動(dòng)速度會(huì)降低,從而釋放出熱量。基于修正的D-A模型可得到了變化吸附熱公式:

1-3.基于NIST/REFPROP實(shí)際氣體狀態(tài)方程

理想氣體狀態(tài)方程是描述理想氣體的壓強(qiáng)、體積、溫度和物質(zhì)的量間關(guān)系的狀態(tài)方程。而對(duì)于實(shí)際氣體,可采用基于NIST/REFPROP實(shí)際氣體狀態(tài)方程計(jì)算儲(chǔ)氫罐內(nèi)氣體的壓力:

1-4.吸附儲(chǔ)氫系統(tǒng)的質(zhì)量平衡

低溫吸附儲(chǔ)氫系統(tǒng)儲(chǔ)氫過程由充氣、放氣和休眠這三個(gè)階段組成,三個(gè)階段中氫氣總質(zhì)量平衡公式如下:

1-5.吸附儲(chǔ)氫系統(tǒng)的能量平衡

吸附儲(chǔ)氫系統(tǒng)儲(chǔ)氫過程內(nèi)能變化如下:

2.仿真模型

基于Matlab/Simulink,建立吸附儲(chǔ)氫系統(tǒng)集總參數(shù)模型,并應(yīng)用于儲(chǔ)氫過程的仿真。仿真模型如圖1所示,能量平衡子模型如圖 2所示。仿真模型由六大子模塊組成,分別是初始質(zhì)量子模塊、質(zhì)量平衡子模塊、壓力系統(tǒng)子模塊、能量平衡子模塊、吸附/解附平衡子模塊和活性炭床溫度子模塊,均源于上述公式。