35 MPa玄武岩纤维增强复合材料气瓶快速充装温升数值模拟

摘要

复合材料气瓶在压缩天然气(CNG)、氢气等快速充装过程中存在温升效应,当温升过于显著时,极易导致纤维增强层的损伤,威胁车用供气系统安全。为提升CNG汽车续航里程和推动玄武岩纤维在汽车中的应用,以CNG充装为例,通过建立二维CFD计算模型,对35 MPa玄武岩纤维增强复合材料气瓶快充温升过程进行数值模拟。结果表明:在设定的45 MPa充装背压、293 K环境温度、2 MPa瓶内初始气压的条件下,经过5 min的快速充装,瓶内气体最高温度可达333 K(60℃),温升为40 K,符合ISO 11439–2013《天然气汽车车载高压气瓶》的标准;进一步按单一变量原则,分别改变快充时间、环境温度和瓶内初始气压,得出气瓶在设定条件和ISO 11439–2013的要求下,最短充装时间和最高充装环境温度分别为100 s和305 K(32℃),而瓶内初始压力均满足标准要求。由研究结果可知,应适当减缓35 MPa玄武岩纤维增强复合材料气瓶在炎热环境中的充装速度,以保证气瓶能长时间安全使用。