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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

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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


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.

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