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第1章 绪论 1

1.1 氢的特性 2

1.1.1 氢的一般理化性质 2

1.1.2 氢的一般安全特性 4

1.2 氢的制取、储存与应用 4

1.2.1 氢的制取技术 4

1.2.2 氢的储存技术 7

1.2.3 氢的应用技术 11

1.3 氢的安全性问题概述 12

1.3.1 氢的泄漏性 13

1.3.2 氢致金属性能损伤 14

1.3.3 氢的扩散性 15

1.3.4 氢的可燃性 15

1.3.5 氢的爆炸性 17

1.4 氢泄漏检测概述 19

1.4.1 氢泄漏扩散分析方法概述 20

1.4.2 氢敏传感器概述 21

1.4.3 氢泄漏检测系统概述 25

参考文献 26

第2章 高压氢泄漏及扩散分析 29

2.1 储氢容器壁面裂纹扩展特性分析 29

2.1.1 储氢容器裂纹受力分析 30

2.1.2 氢损伤下裂纹滞后断裂分析 34

2.1.3 氢损伤下裂纹扩展速度分析 38

2.2 高压氢气泄漏扩散数值模拟方法 42

2.2.1 高压泄漏氢气的扩散流动状态 42

2.2.2 组分传输的数值模拟 44

2.2.3 扩散湍流的数值模拟 45

2.3 开放空间泄漏氢气扩散数值分析 55

2.3.1 特定条件泄漏扩散场数值分析 56

2.3.2 不同泄漏环境下数值模拟与分析 60

2.4 密闭空间泄漏氢气扩散数值分析 74

2.4.1 密闭空间泄漏氢气扩散的非稳态分析 74

2.4.2 单通风口密闭空间泄漏氢气扩散分析 82

2.5 本章小结 87

参考文献 87

第3章 氢加注系统建模与故障仿真 89

3.1 氢加注系统结构分析 89

3.2 氢加注系统模块化分解 91

3.2.1 气路系统模块分解 91

3.2.2 液路系统模块分解 99

3.3 氢加注系统正常状态建模与仿真 107

3.3.1 系统正常状态模型的建立 107

3.3.2 正常状态系统仿真结果分析 108

3.4 氢加注系统泄漏故障仿真分析 112

3.4.1 氢加注系统故障模式分析 112

3.4.2 泄漏故障仿真分析 114

3.5 本章小结 117

参考文献 117

第4章 氢泄漏检测传感器 118

4.1 氢敏传感器基础 118

4.1.1 氢敏传感器的组成 118

4.1.2 氢敏传感器的分类 119

4.1.3 氢敏传感器的基本特性 120

4.2 电化学氢敏传感器 126

4.2.1 恒电位电解型气敏传感器 127

4.2.2 原电池型气敏传感器 128

4.2.3 固态电解质电化学氢敏传感器 129

4.3 半导体氢敏传感器 131

4.3.1 电阻式氢敏传感器 131

4.3.2 肖特基二极管型氢敏传感器 132

4.4 光学氢敏传感器 134

4.4.1 光纤微透镜型氢敏传感器 135

4.4.2 光纤等离子共振型氢敏传感器 136

4.4.3 光纤光栅氢敏传感器 137

4.4.4 光纤倏逝场型氢敏传感器 140

4.5 其他类型氢敏传感器 141

4.5.1 热导型氢敏传感器 141

4.5.2 表面声波氢敏传感器 143

4.5.3 智能氢敏涂料 144

4.6 氢敏传感器应用案例 145

4.6.1 氢泄漏检测变送器设计 145

4.6.2 变送器性能验证 150

4.7 本章小结 152

参考文献 152

第5章 智能氢敏传感器与无线传感器网络 157

5.1 智能氢敏传感器设计 157

5.1.1 传感器选型 158

5.1.2 智能传感器硬件设计 162

5.2 智能氢敏传感器信号处理 164

5.2.1 传感器信号温度、湿度校正 164

5.2.2 氢敏传感器稳态响应值预测 167

5.3 智能氢敏传感器节点的设计 173

5.3.1 无线传感器网络简介及节点开发平台 174

5.3.2 氢泄漏检测无线传感器网络节点设计 179

5.4 氢敏传感器节点无线组网技术 187

5.4.1 无线传感器网络组网技术简介 187

5.4.2 氢泄漏检测对无线传感器网络协议的需求分析 191

5.4.3 无线通信网络协议概述 193

5.4.4 精简ZigBee协议 199

5.5 氢泄漏无线传感网络构建的几点考虑 207

5.6 本章小结 208

参考文献 209

第6章 氢泄漏源定位技术 211

6.1 无线传感器网络节点定位技术概述 211

6.1.1 无测距分布式算法 212

6.1.2 测距定位算法 215

6.2 基于信号衰减特性的无线传感器网络定位 217

6.2.1 利用无线信号衰减特性定位的原理 218

6.2.2 基于RSSI的定位方法应用与验证 220

6.3 基于多近邻传感器的氢泄漏源定位技术 223

6.3.1 氢气稳定泄漏扩散浓度场参数模型 224

6.3.2 基于人工神经网络的泄漏源定位方法 230

6.4 本章小结 234

参考文献 234

第7章 氢泄漏在线监测系统 237

7.1 航天飞机主发动机多点氢泄漏检测系统 237

7.1.1 系统背景简介 237

7.1.2 氢敏传感器设计与试验 238

7.1.3 多点氢泄漏检测系统设计 243

7.1.4 系统集成应用 247

7.2 X-33火箭发动机氢泄漏检测系统 248

7.2.1 系统背景简介 248

7.2.2 光纤氢敏传感器设计与考核 250

7.2.3 系统集成与应用验证 256

7.3 加氢站泄漏检测无线传感器网络系统 260

7.3.1 系统背景简介 260

7.3.2 系统结构与组成 261

7.3.3 系统功能与节能设计 265

7.4 本章小结 267

参考文献 267