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1　 高压气态储氢 ……………………………………………………………… ( 3 ) 　 　 1. 2. 2　 低温液态储氢 ……………………………………………………………… ( 4 ) 　 　 1. 2. 3　 固态储氢 …………………………………………………………………… ( 4 ) 　 　 1. 2. 4　 有机液体储氢 ……………………………………………………………… ( 5 ) 　 　 1. 2. 5　 其他氢载体储氢 …………………………………………………………… ( 5 ) 　 1. 3　 储氢的瓶颈问题 ………………………………………………………………… ( 5 ) 　 　 1. 3. 1　 高压气态储氢的瓶颈问题 ………………………………………………… ( 5 ) 　 　 1. 3. 2　 低温液态储氢的瓶颈问题 ………………………………………………… ( 7 ) 　 　 1. 3. 3　 固态储氢的瓶颈问题 ……………………………………………………… ( 7 ) 　 　 1. 3. 4　 有机液体储氢的瓶颈问题 ………………………………………………… ( 8 ) 　 1. 4　 储氢的发展趋势 ………………………………………………………………… ( 9 ) 　 1. 5　 本课程的知识体系和学习方法 ………………………………………………… ( 9 ) 　 思考题…………………………………………………………………………………… ( 10 ) 第2 章　 储氢工艺………………………………………………………………………… ( 11 ) 　 2. 1　 氢气增压储存工艺 ……………………………………………………………… ( 11 ) 　 　 2. 1. 1　 氢气增压储存原理 ………………………………………………………… ( 11 ) 　 　 2. 1. 2　 氢气常温增压储存工艺 …………………………………………………… ( 15 ) 　 　 2. 1. 3　 氢气低温增压储存工艺 …………………………………………………… ( 20 ) 　 　 2. 1. 4　 氢气的焦耳-汤姆孙效应 ………………………………………………… ( 22 ) 　 2. 2　 低温液化储存 …………………………………………………………………… ( 23 ) 　 　 2. 2. 1　 氢液化工艺 ………………………………………………………………… ( 24 ) 　 　 2. 2. 2　 液氢加注和储运工艺 ……………………………………………………… ( 26 ) ·Ⅰ· 　　2. 2. 3　 液氢系统的置换和预冷 …………………………………………………… ( 27 ) 　 　 2. 2. 4　 液氢储运中的不稳定因素 ………………………………………………… ( 28 ) 　 2. 3　 固态储氢 ………………………………………………………………………… ( 29 ) 　 　 2. 3. 1　 固态储氢概述 ……………………………………………………………… ( 29 ) 　 　 2. 3. 2　 储氢合金及其储氢原理 …………………………………………………… ( 29 ) 　 　 2. 3. 3　 储氢合金吸/放氢反应热力学和动力学…………………………………… ( 31 ) 　 　 2. 3. 4　 合金储氢装置的吸/放氢特性及其影响因素……………………………… ( 34 ) 　 　 2. 3. 5　 固态储运氢工艺简介 ……………………………………………………… ( 35 ) 　 思考题…………………………………………………………………………………… ( 36 ) 第3 章　 储氢设备设计基础……………………………………………………………… ( 37 ) 　 3. 1　 储氢设备的基本结构 …………………………………………………………… ( 37 ) 　 　 3. 1. 1　 结构组成 …………………………………………………………………… ( 37 ) 　 　 3. 1. 2　 薄壁容器与厚壁容器 ……………………………………………………… ( 38 ) 　 3. 2　 储氢设备的载荷分析 …………………………………………………………… ( 42 ) 　 　 3. 2. 1　 载荷 ………………………………………………………………………… ( 42 ) 　 　 3. 2. 2　 载荷工况 …………………………………………………………………… ( 43 ) 　 3. 3　 储氢设备的设计要求和条件 …………………………………………………… ( 44 ) 　 　 3. 3. 1　 设计要求 …………………………………………………………………… ( 44 ) 　 　 3. 3. 2　 设计条件 …………………………………………………………………… ( 45 ) 　 3. 4　 应力分析 ………………………………………………………………………… ( 46 ) 　 　 3. 4. 1　 薄壁圆筒应力分析 ………………………………………………………… ( 46 ) 　 　 3. 4. 2　 厚壁圆筒应力分析 ………………………………………………………… ( 47 ) 　 　 3. 4. 3　 受内压壳体与接管连接处的局部应力 …………………………………… ( 63 ) 　 3. 5　 失效模式和设计准则 …………………………………………………………… ( 66 ) 　 　 3. 5. 1　 失效模式 …………………………………………………………………… ( 66 ) 　 　 3. 5. 2　 设计准则 …………………………………………………………………… ( 69 ) 　 3. 6　 储氢设备壳体的常规设计 ……………………………………………………… ( 73 ) 　 　 3. 6. 1　 常规设计概述 ……………………………………………………………… ( 73 ) 　 　 3. 6. 2　 内压圆筒常规设计 ………………………………………………………… ( 74 ) 　 　 3. 6. 3　 外压圆筒设计 ……………………………………………………………… ( 81 ) 　 　 3. 6. 4　 封头设计 …………………………………………………………………… ( 91 ) 　 3. 7　 储氢容器壳体的分析设计 ……………………………………………………… ( 94 ) 　 　 3. 7. 1　 分析设计概述 ……………………………………………………………… ( 94 ) 　 　 3. 7. 2　 弹性应力分析方法 ………………………………………………………… ( 94 ) 　 　 3. 7. 3　 弹塑性分析方法 …………………………………………………………… ( 96 ) 　 　 3. 7. 4　 疲劳分析 …………………………………………………………………… (100) ·Ⅱ· 　 思考题…………………………………………………………………………………… (107) 第4 章　 高压气态储氢设备设计………………………………………………………… (109) 　 4. 1　 单层金属储氢容器 ……………………………………………………………… (109) 　 　 4. 1. 1　 概述 ………………………………………………………………………… (109) 　 　 4. 1. 2　 结构与选材 ………………………………………………………………… (110) 　 　 4. 1. 3　 设计与校核 ………………………………………………………………… (113) 　 　 4. 1. 4　 单层钢质储氢容器的局限性 ……………………………………………… (119) 　 4. 2　 多层金属储氢容器 ……………………………………………………………… (120) 　 　 4. 2. 1　 概述 ………………………………………………………………………… (120) 　 　 4. 2. 2　 结构与选材 ………………………………………………………………… (121) 　 　 4. 2. 3　 钢带错绕式储氢容器设计、 制造、 检验和安全管理 …………………… (123) 　 　 4. 2. 4　 层板包扎式储氢容器设计、 制造、 检验和安全管理 …………………… (128) 　 4. 3　 纤维缠绕储氢容器设计 ………………………………………………………… (133) 　 　 4. 3. 1　 概述 ………………………………………………………………………… (133) 　 　 4. 3. 2　 纤维缠绕储氢容器的结构及选材 ………………………………………… (133) 　 　 4. 3. 3　 纤维缠绕工艺及成型方法 ………………………………………………… (139) 　 　 4. 3. 4　 复合材料层合板力学基础 ………………………………………………… (143) 　 　 4. 3. 5　 复合材料层设计基础 ……………………………………………………… (149) 　 　 4. 3. 6　 纤维缠绕储氢容器的强度分析 …………………………………………… (157) 　 　 4. 3. 7　 纤维缠绕储氢容器的疲劳分析 …………………………………………… (160) 　 4. 4　 高压气态储氢设备的发展趋势 ………………………………………………… (161) 　 　 4. 4. 1　 可靠性设计制造技术 ……………………………………………………… (161) 　 　 4. 4. 2　 检验检测监测及诊断评估 ………………………………………………… (162) 　 　 4. 4. 3　 规范标准体系完善 ………………………………………………………… (162) 　 思考题…………………………………………………………………………………… (162) 第5 章　 低温液氢储存设备设计………………………………………………………… (163) 　 5. 1　 概述 ……………………………………………………………………………… (163) 　 　 5. 1. 1　 分类及特点 ………………………………………………………………… (163) 　 　 5. 1. 2　 基本结构 …………………………………………………………………… (166) 　 5. 2　 液氢储存设备材料 ……………………………………………………………… (167) 　 　 5. 2. 1　 内容器用材料 ……………………………………………………………… (168) 　 　 5. 2. 2　 外容器用材料 ……………………………………………………………… (170) 　 　 5. 2. 3　 夹层支撑材料 ……………………………………………………………… (171) 　 　 5. 2. 4　 绝热材料 …………………………………………………………………… (171) 　 　 5. 2. 5　 吸附剂材料 ………………………………………………………………… (173) ·Ⅲ· 　 5. 3　 液氢储存设备设计 ……………………………………………………………… (173) 　 　 5. 3. 1　 设计基础 …………………………………………………………………… (173) 　 　 5. 3. 2　 罐体设计计算 ……………………………………………………………… (176) 　 　 5. 3. 3　 罐体夹层的真空绝热性能计算 …………………………………………… (177) 　 　 5. 3. 4　 结构设计 …………………………………………………………………… (182) 　 　 5. 3. 5　 安全附件设计 ……………………………………………………………… (188) 　 　 5. 3. 6　 制造 ………………………………………………………………………… (190) 　 　 5. 3. 7　 无损检测 …………………………………………………………………… (193) 　 5. 4　 液氢储存设备设计技术进展 …………………………………………………… (194) 　 思考题…………………………………………………………………………………… (195) 第6 章　 固态储氢设备设计……………………………………………………………… (198) 　 6. 1　 固态储氢设备概述 ……………………………………………………………… (198) 　 　 6. 1. 1　 固态储氢材料 ……………………………………………………………… (198) 　 　 6. 1. 2　 固态储氢设备的结构组成 ………………………………………………… (202) 　 　 6. 1. 3　 固态储氢设备的性能参数 ………………………………………………… (203) 　 6. 2　 固态储氢设备的设计 …………………………………………………………… (204) 　 　 6. 2. 1　 失效模式和设计要求 ……………………………………………………… (204) 　 　 6. 2. 2　 储氢材料的选择及用量计算 ……………………………………………… (206) 　 　 6. 2. 3　 吸/放氢管路的选材和管径计算…………………………………………… (207) 　 　 6. 2. 4　 换热部件设计 ……………………………………………………………… (208) 　 　 6. 2. 5　 承压壳体工艺和结构设计 ………………………………………………… (217) 　 　 6. 2. 6　 安全和监测附件设计 ……………………………………………………… (219) 　 6. 3　 固态储氢的应用场景和发展前景 ……………………………………………… (219) 　 　 6. 3. 1　 固定式应用 ………………………………………………………………… (219) 　 　 6. 3. 2　 移动式应用 ………………………………………………………………… (220) 　 思考题…………………………………………………………………………………… (221) 参考文献…………………………………………………………………………………… (222)

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