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對氫能源動力汽車的輸氫系統來說,要解決的關鍵問題就是高壓氫氣的減壓,本文針對該系統中的關鍵性元件高壓氣動減壓閥進行了研究。為保證1次加氫后連續行駛距離達到300km以上,要求氫能源汽車車載輸氫系統儲氫氣瓶的壓力達到35MPa以上,氫能源汽車質子交換膜燃料電池所提供的氫氣的正常工作壓力為0.16MPa。通過對閥的各個主要部件進行分析,優化了該閥的結構,設計了一種新型高壓氣動減壓閥;建立了閥的數學模型,運用MATLAB/SIMULINK仿真軟件,分析了該閥的靜態特性和動態特性。
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針對自主研制的高壓氣動比例減壓閥出現的結冰問題,結合數學仿真和流場計算進行了深入分析。結冰出現在先導閥中間腔而非溫度最低的主閥排氣腔說明溫度并非導致結冰的唯一因素。建立了減壓閥的數學模型,計算得出先導閥節流口面積比與先導閥中間腔壓力以及溫度的關系曲線,并得出使用2級和3級氣源時先導閥中間腔結露的臨界面積比分別為1.70和1.22。仿真結果表明,通過減小先導閥節流口面積比可以提高先導閥中間腔溫度從而減少結冰的可能性。建立了先導閥的網格模型,用Fluent計算出閥內的流場分布,壓力流場分布與理論計算符合得較好;速度流場及氣流流線圖表明出現結冰與氣流受閥內結構阻擋有關,通過合理設計流道可有效避免結冰。
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