1.1 选题背景

随着化石燃料的开采与消耗，人类面临的能源与环境问题也在不断增加。2015年巴黎气候变化大会通过的《巴黎协定》指出，各国应把全球平均气温较工业化前水平升高控制在2℃以内，并在本世纪下半叶实现温室气体净零排放。近年来，世界各国一方面高效环保地利用传统能源，另一方面加紧开发核能、风能等清洁能源^[1]，氢能也是其中必不可少的一部分。随着氢能应用技术发展逐渐成熟，氢气产业的发展在世界各国开始备受关注，尤其是车用氢气方面，可部分替代石油与天然气^[2]，从而达到减排的目的。

车用氢气必须满足质量密度、体积密度以及行驶里程要求。按照美国能源部制定的标准，成熟的商业车用储氢系统要达到单位质量储氢密度7.5wt%和体积储氢密度70kg H₂/m^{3 [3]},并且续航里程不低于500km。目前汽车制造商最常用的储氢方式是高压储氢^[4]。为了满足车用，现在储氢罐额定压力可以达到35MPa至70MPa^[5]；相对的，加氢站的加氢压力则要达到40MPa至75MPa。目前，本田、丰田等汽车公司已推出多款可以投入使用的氢能汽车，同时各国也积极开展加氢站等氢能基础设施的建设。对于加氢站而言，如何实现安全高效的氢气加注，是现在所面临的主要问题。

车载高压储氢罐快充过程复杂，在满足行驶条件和安全条件的情况下，我们需要在尽可能短的时间内充入尽可能多的氢气，并且控制在规定的压力、温度等条件下^[6,7]。充入氢气的速率越大，罐内热效应越大，会使得达到相同最终压力时氢气密度减小，从而严重影响储氢能力；并且温度的升高也会使得氢气爆燃倾向增大，严重影响氢气的安全性。

1.2 选题目的

通过对高压储氢罐的加注过程的研究，我们可以在给定的限制下，分析不同充气条件，如初始压力，初始温度等，对最终温度的影响。另一方面，我们可以将模拟结果与文献中的实验数据进行对比，探寻快充过程中控制温升的最佳方案。

1.3 选题意义

安全是氢气加注过程中的首要问题，解决安全问题才能使加注从理论走向实践，真正为氢能汽车服务；高效则是提高加注性能的关键点，只有提供合适的加注时间和氢气质量，使氢能汽车的加注像传统汽车加油一样方便，人们才会去选择使用。本次对氢气加注的模拟有利于更好地探究如何在安全的前提下更快更好地进行加注，为后续的理论研究提供依据。