基於MATLAB/SIMULINK車載吸附儲氫系統的集總參數模型

原文來自技術鄰作者"正在路上的Hypermesh"

本案例在熱力學定律的基礎上，使用修正的Dubinin-Astakhov(D-A)吸附等溫線模型，基於MATLAB/SIMULINK平台建立了車載低溫吸附儲氫系統的集總參數模型。

1. 理論

1-1.吸附

流體與多孔材料接觸時，流體中某一組分或多個組分在固體表面處產生積蓄作用，這種現象稱為吸附。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。根據其修正的 D-A 等溫線模型，單位質量活性炭AX-21的絕對吸附量可用以下公式表達：

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，由於吸附過程中，氣體分子向固體吸附劑表面移動，其分子運動速度會降低，從而釋放出熱量。基於修正的D-A模型可得到了變化吸附熱公式：

1-3.基於NIST/REFPROP實際氣體狀態方程

理想氣體狀態方程是描述理想氣體的壓強、體積、溫度和物質的量間關係的狀態方程。而對於實際氣體，可採用基於NIST/REFPROP實際氣體狀態方程計算儲氫罐內氣體的壓力：

1-4.吸附儲氫系統的質量平衡

低溫吸附儲氫系統儲氫過程由充氣、放氣和休眠這三個階段組成，三個階段中氫氣總質量平衡公式如下：

1-5.吸附儲氫系統的能量平衡

吸附儲氫系統儲氫過程內能變化如下：

2.模擬模型

基於Matlab/Simulink，建立吸附儲氫系統集總參數模型，並應用於儲氫過程的模擬。模擬模型如圖1所示，能量平衡子模型如圖 2所示。模擬模型由六大子模塊組成，分別是初始質量子模塊、質量平衡子模塊、壓力系統子模塊、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，均源於上述公式。

圖 1 車載儲氫系統模擬模型

圖 2 能量平衡子模型

3.模擬結果

實驗儲氫壓力與模擬結果，實驗儲氫溫度與模擬結果對比依次為：

本次案例，概述了車載吸附儲氫系統的理論，並基於MATLAB/SIMULINK平台，建立出吸附儲氫系統的模擬模型。

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