Optimization of geometric aspect ratio and inlet temperature for a stability of the type IV hydrogen tank while rapid filling

Abstract

In type-IV hydrogen cylinders with composite outer layers and polymer liners, excessive temperature rises during filling must be avoided. In this study, two-dimensional axisymmetric numerical simulations are performed to predict the effects of distribution inside a type-IV cylinder, length-to-diameter ratio, nonconstant mass-filling rate, and nonconstant intake temperature upon the temperature increase. The length-to-diameter ratio yielding the lowest maximal and average temperatures after filling as well as the most uniform temperature distribution is determined. Filling at an increasing mass-filling rate results in a lower temperature than filling at a constant rate. The maximum temperature is reduced by cold filling, particularly when hydrogen is precooled during the early stages of filling. These findings provide guidance for manufacturers of type-IV hydrogen cylinders, as well as recommendations for filling procedures to prevent excessive temperature rises.|복합 외층과 폴리머 라이너를 가진 type-IV 수소 탱크에서는 충전할 때 과도한 온도 상승을 피할 필요가 있다. 본 연구는 type-IV 탱크 내 온도 분포, 길이 대 직경비, 불균일 질량 충전율 및 불균일 주입 온도가 온도 상승에 미치는 영향을 예측하기 위해 2차원 축대칭 수치 시뮬레이션을 수행하는 것이다. 가장 균일한 온도 분포과 충전 후 가장 낮은 최대 온도, 평균 온도를 산출하는 길이 대 직경비가 결정되었다. 질량 충전율이 증가하는 것은 일정한 속도로 충전하는 것보다 더 낮은 온도를 초래할 수 있다. 특히 충전 초기 단계에서 수소를 미리 냉각하면, 저온 충전에 의해 최대 온도가 감소할 수 있다. 이러한 결과는 type-IV 수소 탱크 제조업체에 대한 지도 의견을 제공할 뿐만 아니라 과도한 온도 상승을 방자할 수 있기때문에 충전 절차에 대한 권장 사항을 제공할 수 있다.