Modelado Computacional del Flujo a Alta Velocidad de Hidrógeno en Dos Fases a Través de un Tubo con Expansión Abrupta
Autores: Matveev, Konstantin I.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Modelado Computacional del Flujo a Alta Velocidad de Hidrógeno en Dos Fases a Través de un Tubo con Expansión Abrupta
Categoría
Energía
Subcategoría
Energías renovables
Palabras clave
Hidrógeno
Combustible
Almacenamiento
Transporte
Dinámica de fluidos computacional
Presión
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
El hidrógeno puede convertirse en un combustible renovable prevalente en la futura economía verde, pero deben superarse los obstáculos técnicos y económicos asociados con el manejo del hidrógeno. Para almacenar y transportar hidrógeno en una forma líquida densa en energía, se requieren temperaturas muy frías, alrededor de 20 K. La evaporación afecta la tasa de flujo másica alcanzable durante la transferencia a alta velocidad de hidrógeno a grandes diferencias de presión, y la predicción precisa de este proceso es importante para el diseño práctico de sistemas de transferencia de hidrógeno. En el presente estudio se lleva a cabo un modelado de dinámica de fluidos computacional del flujo de hidrógeno en dos fases utilizando el método de volumen de fluido y el modelo de relajación de Lee para el cambio de fase. Se determinan valores adecuados del parámetro de tiempo de relajación comparando resultados numéricos con datos de prueba para flujos de hidrógeno en dos fases a alta velocidad en una configuración que involucra un tubo con expansión súbita, que es común en sistemas prácticos. Se realizan simulaciones utilizando una presión de salida variable para demostrar la dependencia de las tasas de flujo en la diferencia de presión impulsora, incluyendo la obtención del régimen de flujo crítico. También se muestran resultados computacionales para flujos con diversas condiciones de entrada y un estado de salida fijo. Se presentan distribuciones de campo de la presión, velocidad y fracciones de vapor para varios regímenes de flujo.
Descripción
El hidrógeno puede convertirse en un combustible renovable prevalente en la futura economía verde, pero deben superarse los obstáculos técnicos y económicos asociados con el manejo del hidrógeno. Para almacenar y transportar hidrógeno en una forma líquida densa en energía, se requieren temperaturas muy frías, alrededor de 20 K. La evaporación afecta la tasa de flujo másica alcanzable durante la transferencia a alta velocidad de hidrógeno a grandes diferencias de presión, y la predicción precisa de este proceso es importante para el diseño práctico de sistemas de transferencia de hidrógeno. En el presente estudio se lleva a cabo un modelado de dinámica de fluidos computacional del flujo de hidrógeno en dos fases utilizando el método de volumen de fluido y el modelo de relajación de Lee para el cambio de fase. Se determinan valores adecuados del parámetro de tiempo de relajación comparando resultados numéricos con datos de prueba para flujos de hidrógeno en dos fases a alta velocidad en una configuración que involucra un tubo con expansión súbita, que es común en sistemas prácticos. Se realizan simulaciones utilizando una presión de salida variable para demostrar la dependencia de las tasas de flujo en la diferencia de presión impulsora, incluyendo la obtención del régimen de flujo crítico. También se muestran resultados computacionales para flujos con diversas condiciones de entrada y un estado de salida fijo. Se presentan distribuciones de campo de la presión, velocidad y fracciones de vapor para varios regímenes de flujo.