[發明專利]一種車用氣瓶在火燒狀態下外部流場溫度獲取的優化方法

有效

• 申請號: 202010873421.0
• 申請日: 2020-08-26
• 公開（公告）號: CN112115651B
• 公開（公告）日: 2023-09-26
• 發明（設計）人: 黃思;張果冉;郭嘉煒;易天坤
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F113/08;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;江裕強

本發明公開了一種車用氣瓶在火燒狀態下外部流場溫度獲取的優化方法，包括以下步驟：一、建立車用氣瓶及其外部流場區的三維模型；二、讀取建立好的車用氣瓶及其外部流場區的三維模型，填充生成計算域三維模型；三、讀取計算域三維模型，對整個計算域進行網格劃分，生成計算域有限元模型；四、讀取計算域有限元模型，選取火焰燃燒模型，設置初始狀態和邊界條件，進行求解計算；五、進入后處理器觀察和分析計算結果，得到車用氣瓶外部流場的溫度分布情況。本發明使用三維數字化建模和有限元分析的方法，系統高效地獲取了車用氣瓶外部流場區的溫度分布，為車用氣瓶的安全運行和火災情境下的應急救援提供可靠的技術支撐。

技術領域

本發明涉及化工設備技術和汽車工業領域，特別涉及一種車用氣瓶在火燒狀態下外部流場溫度獲取的優化方法。

背景技術

車用氣瓶是一種用來儲運車用燃料氣體的壓力容器，在化工領域和汽車行業運用廣泛。近年來，隨著燃油成本的提高和人們環保意識的增強，新型燃料汽車成為汽車技術發展的熱點方向，車用氣瓶作為承裝液化天然氣、液化石油氣、壓縮天然氣等汽車動力燃料的裝置，投入使用的數量迅速增加。一方面，車用氣瓶的使用有效地解決了汽車燃料氣體的儲運難題并極大地降低了汽車尾氣對環境的污染，另一方面，車用氣瓶作為承裝著危險化學物質的高壓容器在客觀上具有顯著的潛在危害性，特別是在受到高溫高熱等外力影響的情況下車用氣瓶流場區域的要素分布會發生劇烈變化，其中外流場區域的要素分布的變化直接作用于周圍環境中的客體，對人民生命財產安全產生切實的影響。

近年來，隨著燃料汽車的發展和推廣，作為汽車燃料系統的核心裝備，國內外關于車用氣瓶的研究方興未艾，漸入佳境。楊樹軍在文獻《汽車用液化天然氣氣瓶漏熱試驗與有限元數值計算研究》中運用ANSYS有限元穩態熱分析方法計算車用氣瓶漏熱量，并結合理論計算和生產試驗的結果，提出改進氣瓶結構和增加頸管導熱長度來提高氣瓶絕熱效果；劉鳳陽在文獻《復合材料LNG車用氣瓶設計及有限元分析》中通過進行壓力試驗和工作狀況下內部溫度場的有限元仿真，預測了車用氣瓶的臨界失效壓力和危險位置，從改進氣瓶制造材料的角度提高氣瓶的實用性；Yun?S?K等在文獻《A?Study?on?the?Structural?Analysisof?the?Supporting?System?for?LNG?Vehicle?Fuel?Tank》(LNG汽車油箱支撐系統結構分析研究)中運用ANSYS對油箱支撐系統進行溫度分布和熱應力評估，根據分析結果對支撐板的設計提出意見和建議；Kwon?H?W等在文獻《Design?and?Optimization?of?Vibration-resistant?and?Heat-insulating?Support?Structure?of?Fuel?Cylinder?for?LNGVehicles》(LNG車輛燃油缸的防振隔熱支撐結構設計與優化)中使用MSC/MARC商業有限元分析軟件包對車用氣瓶進行振動模式，傳熱和熱應力分析，提出通過合理確定支撐桿的直徑和絕緣板連接的曲率來優化設計氣瓶的抗振隔熱支撐結構。

目前，針對車用氣瓶的研究主要集中在氣瓶自身的應力分布、絕熱性能、振動特征等方面，學者們希望通過對氣瓶以上這些特性的研究，找到可能導致氣瓶失效的薄弱環節和工作狀態，進而通過優化設計的方法予以改進。當前，采用三維數值模擬的方式對車用氣瓶外流場進行分析研究的實例較少，尤其是針對車用氣瓶火燒危險情境下外部流場情況的研究更是寥寥無幾，顯然地，此項研究對于氣瓶外流場中的設備設施和其他人員的安全具有重要的意義。

發明內容

針對上述問題，本發明提出了一種車用氣瓶在火燒狀態下外部流場溫度獲取的優化方法。采用三維數字化建模軟件，充分考慮研究對象的各項信息特征，建立車用氣瓶及其外部流場區的三維幾何模型，彌補了傳統二維模型部分信息缺失和遺漏對計算結果精確性的不利影響；運用通用有限元分析軟件ANSYS中的Fluent模塊對車用氣瓶火燒狀態下外部流場區域進行數值分析研究，極大地提高了計算的效率，節約了研究的成本，提高了研究過程的安全性；系統高效地分析了車用氣瓶外流場溫度分布的情況，為提高火災狀況下的設備可靠性和人員安全性提供了有益的指導和借鑒。

本發明至少通過如下技術方案之一實現。