《5立方米新型储氢容器的结构设计与强度校核（论文）17000字》.docx

5立方米新型储氢容器的结构设计与强度校核

目录

第一章绪论 1

1.1课题相关背景 1

1.2氢能的储存 4

1.3储氢容器的研究 7

1.4本课题选用储罐与设计方法 8

第二章内外层罐体设计 10

2.1内层罐体设计 10

2.2外层罐体设计 17

第三章储罐相关附件设计及选型 21

3.1支撑件设计 21

3.2内外层人孔的设计及选型 22

3.3内外层开孔补强计算 24

3.4氢气进出口管及安全阀设计 27

3.5储罐支座的设计及选型 28

3.6储罐所用紧固件选型总计 31

第四章储罐强度校核计算 31

4.1本章所用符号说明 32

4.2耐压试验 33

4.3容器的强度计算 33

第五章总结 39

5.1经济性分析 39

5.2总结 39

第一章绪论

1.1课题相关背景

1.1.1氢能的制取及利用

能源，材料和信息是如今社会发展的三大支柱。物品制造、机器和构件等的制造离不开材料的供给；人类文明的交流离不开信息的发展；整个世界的运转则离不开能源的供应。能源，顾名思义，指的是能量的源泉和来源。

能源的供应水平标志着一个国家的发展程度。从全世界工业化之后，化石能

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源一直以来都是世界各国消耗的主要能源，但因为其属于不可再生能源，在世界上的储量有限。如今，随着世界各国的大量开采，化石能源面临着枯竭。此外，因为化石能源的使用会产生大量的二氧化碳、二氧化硫等有害气体，导致温室效应的产生与光污染和化学污染。因此，当今世界面临着日益严峻的环境污染与能源枯竭的危机。因此，能源的开发水平已成为制约国家发展的瓶颈(魏静涵，林德祥，2022)(。

在如今倡导节能环保的21世纪，人们迫切于寻找一种清洁且经济的能源来代替传统的化石燃料。氢能的利用便进入了人们的视野。氢能具有资源极为丰富、循环开发利用、无污染、贮运方便、燃烧效率高、用途多和适应性强等特点，被看作是21世纪的重要二次能源。

氢能开发利用方法是把氢从化合物状态转化成元素状态而加以收集利用的一种能源技术方法。氢除了作为化学燃料外，还可作为核燃料，参与聚合反应而释放更大的能量。

传统制氢方法主要是从天然气、石油和煤产物中用化学方法得到，但最有前途的方法是从水中制氢，因为水既是源源而来又是无污染的氢燃烧产物，所以已引起人们的广泛重视，由此可以推测出并已开发出或正在开发出多种多样地从水制氢的方法，例如电解法、热化学法、光解法、射解法和生物化学分解水制氢法。电解法即直接电解水制氢，因耗电量大、经济性差，至今未能大规模应用(蒋文杰，郭巧玲，2023)。新发展的高温电解(水蒸气)法(900℃),其耗电量比常规电解法节省30%左右。热化学法即在高于1000℃的温度下热裂解水或分步反应裂解水制氢的方法，该法可利用核电站供给的热量分解水制氢，但代价仍然较大。利用高于2000℃的热源直接热解水制氢，也正在研制中。通过分析这些内容可以看出光解法是一种利用太阳能的热电转换或光电效应来光解水制氢的方法(黄佳颖，李浩然，2021)。由于这种反应在一般条件下很难发生，必须采用性能良好的半导体材料和光催化剂(或光敏剂),如用微胶粒分散在水中做催化剂。射解法即利用放射线作用于水分子而使其分解制氢，此法代价很高。生物化学分解水制氢法，它是利用在光合作用中可释放氢的微生物而制氢的方法。上述方法中以太阳能制氢法为最可取，但仍有技术上的难题尚需继续研究解决。

1.1.2氢能的实际应用

前文提到，氢能有着极高的燃烧效率。因此氢能正在逐步取代传统化石能源被广泛应用于航空航天、氢动力汽车和氢燃料电池等多个方面(薛峰，马思敏，2021)。

(1)氢气与航空航天

氢能可以代替传统能源成为航空器动力系统燃料，从而减少传统航空燃料燃

烧所产生的有害物质对环境的破坏。借鉴航空航天工业已经实践的液氢-液氧燃料推进技术和纳米技术，可开发小型液氢-液氧航空动力系统和原子氢能动力系统，应用于航空器。

1928年，德国齐柏林公司利用氢的巨大浮力，制造了世界上第一艘“LZ-127齐柏林”号飞艇，首次把人们从德国运送到南美洲，实现了空中飞渡大西洋的航程(李晨曦，刘晓芸，2022)。

1963年美国的宇宙飞船上天，紧接着1968年阿波罗号飞船实现了人类首次登上月球的壮举。这一切都是依靠着氢燃料的功绩。

目前科学家正在研究一种“固态氢”宇宙飞船。固态氢既可作为飞船的结构材料，又可作为飞船的动力燃料。在这类环境中在飞行期间，飞船的各部分材料可作为燃料消耗掉，飞船便可以飞行更长