船用燃料电池供氢系统压能回收过程模拟研究.pdf

２０２４年６月机床与液压Ｊｕｎ２０２４

第５２卷第１１期ＭＡＣＨＩＮＥＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳＶｏｌ５２Ｎｏ１１

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ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊｉｓｓｎ１００１３８８１２０２４１１０２３

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文献引用：苏志恒，张洪朋，封星，等．船用燃料电池供氢系统压能回收过程模拟研究［Ｊ］．机床与液压，２０２４，５２（１１）：１５２１５９．

Ｃｉｔｅａｓ：ＳＵＺｈｉｈｅｎｇ，ＺＨＡＮＧＨｏｎｇｐｅｎｇ，ＦＥＮＧＸｉｎｇ，ｅｔａｌ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｔｕｄｙｏｎｐｒｅｓｓｕｒｅｅｎｅｒｇｙｒｅｃｏｖｅｒｙｏｆｈｙｄｒｏｇｅｎｓｕｐｐｌｙ

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ｉｎｍａｒｉｎｅｆｕｅｌｃｅｌｌ［Ｊ］．ＭａｃｈｉｎｅＴｏｏｌ＆Ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓ，２０２４，５２（１１）：１５２１５９．

船用燃料电池供氢系统压能回收过程模拟研究

苏志恒，张洪朋，封星，魏一，陆昊

（大连海事大学轮机工程学院，辽宁大连１１６０２６）

摘要：针对高压氢气减压过程中能量耗散未有效利用的问题，在Ｐｅｌｔｏｎ式膨胀机相关设计经验的基础上，以氢燃料电

池船艇“蠡湖号”供氢系统为研究对象，提出并设计一种由拉伐尔喷管和双圆弧叶片叶轮组成的冲击式氢气膨胀机对氢压

能耗散进行回收。为进一步研究氢气膨胀机内部流场形态、涡流损失和能量输出性能，利用Ｆｌｕｅｎｔ软件，在船舶全速运行

工况下，以氢气进口温度与出口背压为变量进行ＣＦＤ仿真模拟。结果表明：膨胀机内部整体速度与温度梯度较大，气流喷

射过程中有激波产生，喷管出口上沿存在压力真空，气流撞击叶片产生大小不一的涡旋；设定氢气喷管入口压力２ＭＰａ，

质量流量１３１１ｇ／ｓ时，装置对外输出的平均转矩为０１３６８５Ｎ·ｍ；随入口温度上升，气体喷射速度提高，气体上扬趋势

减弱；进口气温和背压变化对转矩影响较小，对转速影响较大。

关键词：氢能船；压能回收；Ｐｅｌｔｏｎ式膨胀机；数值模拟

中图分类号：ＴＭ９１１４２；Ｕ６６２２

ＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＳｔｕｄｙｏｎＰｒｅｓｓｕｒｅＥｎｅｒｇｙＲｅｃｏｖｅｒｙｏｆＨｙｄｒｏｇｅｎＳｕｐｐｌｙｉｎ

ＭａｒｉｎｅＦｕｅｌＣｅｌｌ

ＳＵＺｈｉｈｅｎｇ，ＺＨＡＮＧＨｏｎｇｐｅｎｇ，ＦＥＮＧＸｉｎｇ，ＷＥＩＹｉ，ＬＵＨａｏ

（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭａｒｉｎｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＤａｌｉａｎＭａｒｉｔｉｍｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＤａｌｉａｎＬｉａｏｎｉｎｇ１１６０２６，Ｃｈｉｎａ）

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Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｒｓｏｌｖｉｎｇｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｉｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｅｎｅｒｇｙｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｈｉｇｈｐｒｅｓｓｕｒｅｈｙｄｒｏｇｅｎｄｅｃｏｍ⁃

ｐｒｅｓｓｉｏｎ，ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｒｅｌｅｖａｎｔｄｅｓｉｇｎｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｏｆＰｅｌｔｏｎｅｘｐａｎｄｅｒａｎｄｔｈｅｈｙｄｒｏｇｅｎｓｕｐｐｌｙｓｙｓｔｅｍｏｆｈ