70MPa燃料电池汽车氢气泄放喷火，计算已知目标位置的超压计算_燃烧_燃料电池_湍流

70MPa燃料电池汽车氢气泄放喷火，计算已知目标位置的超压计算

大家好，今天让我们继续手搓公式。

让我们考虑一个额定工作压力为 NWP = 70 MPa（ 𝑃𝑠 ）的燃料电池汽车，配备泄放直径𝑑 = 2 mm 的温度压力释放装置。储存温度等于环境温度，假设为 288 K。环境压力为 101,325 kPa。该情景为一个水平自由射流，起源于坐标（ 𝑥,𝑦,𝑧 ）=（0, 1, 0）的位置，例如，在事故中车辆部分翻转时（这里假设的是我图中的燃料电池汽车位置）

让我们估算射流同一高度处的最大冲击波超压，即轴向距离射流轴 2 米和径向距离 2 米处，即目标坐标（ 𝑥𝑡,𝑦𝑡,𝑧𝑡）=（2, 1, 2）处。应执行以下计算步骤（假设其他汽车的位置）：

这超过了 16.5 kPa 的重大伤害阈值。可以推荐使用带有微通道（TPRD-less）的储氢罐来减少 TPRD 直径或采用在火灾中自我泄压的防爆设计。

关于x30%的距离计算，（ 𝐶30% 被取作快速燃烧湍流氢气-空气混合物的中心，该混合物将发生燃烧并产生向外传播的冲击波）

关于C30%的计算，可以采用1/Cm=1+（1/Cv-1)*(Ms/Mn) ,Ms为空气的分子质量，Mn为空气的分子质量，Cv指的是氢气体积分数，也就是射流轴上氢气浓度。通过这个公式就可以计算出Cm（当Cv值去4%,那么Cm就是C4%,同理就可以计算C30%的值）

我给编辑了一个公式，大家可以按我这样计算；

逆问题：已知爆轰超压危害/损伤计算危险距离

本文计算案例引用文献：

1.Cirrone, D.; Makarov, D.; Friedrich, A.; Grune, J.; Takeno, K.; Molkov, V. Blast Wave Generated by Delayed Ignition of Under-Expanded Hydrogen Free Jet at Ambient and Cryogenic Temperatures. Hydrogen 2022, 3, 433-449. https://doi.org/10.3390/hydrogen304002；

来源：气瓶设计的小工程师

关于IV储氢气瓶金属 boss 疲劳断裂：危险从何而来？

储氢气瓶的金属 boss 部位，由于结构的特殊性，往往存在应力集中现象。在气瓶的日常使用中，频繁的加压、卸压操作，使得金属 boss 不断承受交变载荷。同时，氢气在高压环境下会渗入金属内部，引发氢脆现象，进一步降低金属材料的性能。在这些因素的共同作用下，金属 boss 就容易出现疲劳断裂。在进行计算之前，我们需要铺垫点计算公式：Goodman 公式：是一种用于估算在交变应力和平均应力共同作用下材料疲劳寿命的经验公式，适用于描述具有一定屈服强度和疲劳极限的金属材料在循环载荷下的疲劳性能。（当然计算金属疲劳的公式还有很多）；这里我摘取了网上的一段解释：基于这些铺垫，开始我们今天的计算；假设某储氢气瓶金属 boss 处的材料为某高强度合金钢，其材料的疲劳极限σ-1= 300MPa。在实际使用中，金属 boss 所受的最大应力 σmax= 400MPa，最小应力 σmin= 100MPa。首先，我们计算应力幅σa和平均应力σm：然后，根据疲劳寿命估算的 Goodman 公式：（其中σb为材料的抗拉强度，假设该材料的抗拉强度σb= 800MPa)），我们可以计算在这种应力状态下材料的疲劳寿命折减系数。将数据代入公式可得：这意味着，在当前应力状态下，材料的实际疲劳寿命约为理想状态（仅考虑疲劳极限）下的(81.25%) 。如果按照理想状态下该材料能承受N0 = 100万次循环加载，那么在当前应力状态下，其疲劳寿命N约为：N = N0×0.8125 = 1000000×0.8125 = 812500次循环加载；而在实际情况中，由于氢脆等因素的影响，疲劳寿命还会进一步降低。（当然了这个N0的实际的次数也有浮动）我之前用另一个方法计算过，大家可以看看：IV储氢气瓶阀座（boss）一个设计理念来源：气瓶设计的小工程师