Ученые Пусанского национального университета выяснили тепловые потоки в резервуарах с жидким водородом

Ученые Пусанского национального университета выясняют тепловые потоки в резервуарах с жидким водородом.

Водород широко рассматривается как топливо будущего. Тем не менее, все еще существуют проблемы и ограничения безопасности на пути повышения эффективности хранения сжиженного водородного топлива, когда речь идет о его крупномасштабной коммерческой транспортировке и хранении.

Теперь исследователи из Южной Кореи экспериментально и численно исследовали тепловые потоки и фазовые изменения внутри криогенного топливного бака, используя моделирование многофазного теплового потока, чтобы выявить ключевые идеи для их безопасной и эффективной конструкции.

Растущая обеспокоенность изменением климата подчеркивает необходимость перехода от ископаемого топлива к альтернативным источникам энергии. Из них наиболее перспективным для транспортной отрасли считается водородное топливо. В настоящее время водородное топливо транспортируют в виде газа высокого давления в специализированных цистернах. Но этот метод неэффективен и вызывает серьезные проблемы с безопасностью. Чтобы решить эту проблему, исследователи все чаще рассматривают возможность использования сжиженного водородного топлива.

Сжиженное водородное топливо можно транспортировать только в криогенных резервуарах (криотанках), поддерживающих температуру ниже -253⁰С — температуры кипения водорода. Несмотря на теплоизоляцию, сжиженное топливо в криотанке подвергается некоторому испарению.

Скорость потока испарения измеряется как «Кипящий газ (BOG)». Слишком высокий уровень болотного газа может привести к избыточному внутреннему давлению внутри резервуара, что приведет к образованию трещин и трещин. Это делает понимание и контроль болотного газа ключевым фактором при проектировании криотанков.

С этой целью исследовательская группа под руководством профессора Чон-Чуна Пака из Пусанского национального университета в Южной Корее исследовала, как отпарный газ изменяется в зависимости от другого критического параметра конструкции, называемого коэффициентом заполнения резервуара (FR) — соотношением массы сжиженного топлива в резервуара до вместимости резервуара при температуре 15⁰C.

Проф. Парк,сказал:

В нашем исследовании мы провели эксперименты, а также моделирование для анализа термодинамических характеристик резервуара.

Исследование было доступно онлайн 24 июня 2022 года и опубликовано в 255-м томе журнала Energy 15 сентября 2022 года.

В результате своих экспериментов исследователи обнаружили, что BOG увеличивается квадратично с увеличением FR. Они также обнаружили, что, хотя температура внутри жидкой фазы оставалась постоянной, температура паровой фазы нелинейно уменьшалась с увеличением FR.

Затем исследователи выполнили моделирование многофазного теплового потока в резервуаре с использованием вычислительной гидродинамики. Это позволило им легко визуализировать теплообмен, тепловые потоки и испарение внутри резервуара с вакуумной изоляцией.

«Мы использовали для моделирования модель фазового перехода Рохозенова, которая позволила нам воспроизвести процесс испарения внутри резервуара. Благодаря нашему моделированию мы наконец смогли раскрыть механизм образования болотного газа в результате испарения», - объясняет профессор Парк.

Исследователи проверили свои модели, используя данные экспериментов, проведенных в сотрудничестве с Daewoo Shipbuilding & Marine Engineering Co., Ltd. (DSME).

Используемый здесь метод многофазного термического моделирования может ускорить разработку безопасных и эффективных коммерческих криотанков для сжиженного водорода. Область применения этого исследования широка: от автомобилей и аэрокосмической промышленности до морских электростанций, что делает его важным шагом вперед на пути к построению общества, ориентированного на водород.

Основные моменты:

Исследователи исследовали, как испарение и тепловые потоки внутри топливного бака изменяются в зависимости от степени заполнения бака.

ЧИТАТЬпоследние новости, формирующие рынок водорода, в Hydrogen Central

Ученые Пусанского национального университета выясняют тепловые потоки в резервуарах с жидким водородом, ПУСАН, Южная Корея, 3 января 2023 г.