太阳能

2022, No.344(12) 24-31

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受限空间内氢气泄漏扩散行为的数值模拟
NUMERICAL SIMULATION OF HYDROGEN LEAKAGE AND DIFFUSION BEHAVIOR IN CONFINED SPACE

时婷婷,杨福明,常雪伦,孙晨,于文涛,鲁仰辉

摘要(Abstract):

氢分子是自然界中最小的分子,很容易通过管道接头、阀门等位置发生泄漏。由于氢气的易燃易爆属性,泄漏后形成的可燃气云一旦遇到火源容易演变成事故。因此,对氢气泄漏扩散行为进行研究有助于掌握氢气事故演化发展规律,对于事故预防具有重要意义。针对一个尺寸为0.47 m×0.33 m×0.20 m的立方体空间建立几何模型,采用自主研发的MPPBuoyantEpplFoam求解器对该模型内的氢气泄漏扩散行为进行了数值模拟,获得了氢气泄漏后的氢气浓度分布、扩散速度分布及流动扩散规律,通过与相关文献中的实验结果进行对比,二者吻合较好,初步验证了该求解器多组分扩散功能的准确性。研究结果表明,在受限空间内,氢气泄漏后表现出如下流动扩散规律:1)氢气从模型顶部竖直向下喷入计算域后,在周围静止空气阻滞作用和浮升力作用下,扩散速度迅速减小,流动的动量控制区变短;2)在氢气注入阶段,计算域氢气浓度分布会在浮力作用下呈现明显的分层效应,上部的氢气浓度高,下部的氢气浓度低;3)氢气停止注入后,在分子扩散作用下,计算域上下部氢气浓度差逐渐变小,并最终达到均匀混合。

关键词(KeyWords): 氢能;安全;受限空间;氢气;泄漏;扩散;数值模拟

Abstract:

Keywords:

基金项目(Foundation): 河北省重点研发计划——天然气掺氢关键技术研发及应用示范(20314601D)

作者(Author): 时婷婷,杨福明,常雪伦,孙晨,于文涛,鲁仰辉

DOI: 10.19911/j.1003-0417.tyn20220306.01

参考文献(References):

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