氢能利用技术关键力学问题研究进展

程友良 1,2,，王乃潇 1,2，丁瑞 1,2，张磊 1,2，马伊宣 1,2，樊小朝 3（1 华北电力大学动力工程系；2 华北电力大学河北省低碳高效发电技术重点实验室；3 新疆工程学院能源工程学院）

摘要：氢能作为一种零碳排放的能源载体, 在应对全球气候变化和推动能源体系脱碳化发展中扮演着重要角色. 本文系统性地综述了氢能利用技术中的关键力学问题及其研究进展,涵盖氢制取、纯化、储运、加注、应用以及安全等多个核心环节. 分别介绍了氢制取领域中化石能源制氢、电解水制氢及生物质制氢技术中的复杂流动、反应过程以及不同制氢方法下的力学挑战; 探讨了氢纯化环节中变压吸附法和膜分离法中的耦合集成技术及其优化;分析了氢储运过程中高压气态储氢、低温液态储运及固态储氢技术中的力学问题, 包括容器结构力学性能的优化、氢液化过程效率的提升以及绝热管理技术的改进等; 研究了氢应用领域中氢加注过程的多因素耦合影响、氢燃料电池的传质与水热管理优化以及氢内燃机的燃烧特性; 强调了氢安全中的泄漏与爆炸问题, 涉及氢气的泄漏扩散、燃爆机理及防范措施; 最后, 针对管道输氢中的界面损伤与管内流动问题, 提出了若干研究建议, 为未来氢能产业的大规模发展提供理论支撑.

关键词：氢能, 传质与传热, 泄漏与爆炸, 渗透与氢脆, 氢致开裂