Un análisis de dinámica de fluidos computacional de la fuga de hidrógeno y el purgado de nitrógeno de un conjunto de celdas de combustible de óxido sólido
Autores: Sørensen, Rasmus Dockweiler; Berning, Torsten
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Un análisis de dinámica de fluidos computacional de la fuga de hidrógeno y el purgado de nitrógeno de un conjunto de celdas de combustible de óxido sólido
Categoría
Energía
Subcategoría
Energías renovables
Palabras clave
Estudio computacional
Purga de nitrógeno
Pila de celdas de combustible de óxido sólido
Combustible de amoníaco
Fuga de hidrógeno
Modelo CFD
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Se presenta un estudio computacional sobre el purgado de nitrógeno de un conjunto de celdas de combustible de óxido sólido encerrado en una caja caliente. El conjunto opera con amoníaco como combustible, y en caso de una fuga de hidrógeno, todo el compartimento se purga inmediatamente con nitrógeno para asegurar que no haya regiones con altas concentraciones de oxígeno. Además de esto, se determina la velocidad a la que se puede detectar una fuga de hidrógeno. Los resultados se comparan con un caso con una entrada de nitrógeno reubicada. Se desarrolla un modelo de dinámica de fluidos computacional (CFD) utilizando las ecuaciones de Navier-Stokes promediadas por Reynolds para flujo compresible en combinación con la conservación de la energía y las ecuaciones de especies en OpenFOAM. Los resultados sugieren que para que la concentración máxima de oxígeno esté por debajo del 5%, la caja caliente debe ser purgada durante 35 s, lo que corresponde a 1.1 kg de nitrógeno, si la caja caliente ya estaba calentada. Si la caja caliente estaba a T = 300 K, debe ser purgada durante 95 s, lo que corresponde a 3.0 kg de nitrógeno. El purgado de la caja caliente resulta en una pérdida de calor de 18 kW en promedio. Se podría detectar una fuga en 3.2 s durante las pruebas de voltaje en circuito abierto. Cambiar la ubicación de la salida no afecta el purgado en frío, pero resulta en un período mínimo de purga de 48 s durante el purgado en caliente, y la fuga podría ser detectada en 2 s. Este documento demuestra cómo se pueden emplear métodos CFD para abordar preguntas relacionadas con la seguridad del hidrógeno.
Descripción
Se presenta un estudio computacional sobre el purgado de nitrógeno de un conjunto de celdas de combustible de óxido sólido encerrado en una caja caliente. El conjunto opera con amoníaco como combustible, y en caso de una fuga de hidrógeno, todo el compartimento se purga inmediatamente con nitrógeno para asegurar que no haya regiones con altas concentraciones de oxígeno. Además de esto, se determina la velocidad a la que se puede detectar una fuga de hidrógeno. Los resultados se comparan con un caso con una entrada de nitrógeno reubicada. Se desarrolla un modelo de dinámica de fluidos computacional (CFD) utilizando las ecuaciones de Navier-Stokes promediadas por Reynolds para flujo compresible en combinación con la conservación de la energía y las ecuaciones de especies en OpenFOAM. Los resultados sugieren que para que la concentración máxima de oxígeno esté por debajo del 5%, la caja caliente debe ser purgada durante 35 s, lo que corresponde a 1.1 kg de nitrógeno, si la caja caliente ya estaba calentada. Si la caja caliente estaba a T = 300 K, debe ser purgada durante 95 s, lo que corresponde a 3.0 kg de nitrógeno. El purgado de la caja caliente resulta en una pérdida de calor de 18 kW en promedio. Se podría detectar una fuga en 3.2 s durante las pruebas de voltaje en circuito abierto. Cambiar la ubicación de la salida no afecta el purgado en frío, pero resulta en un período mínimo de purga de 48 s durante el purgado en caliente, y la fuga podría ser detectada en 2 s. Este documento demuestra cómo se pueden emplear métodos CFD para abordar preguntas relacionadas con la seguridad del hidrógeno.