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Die Veränderungen im Energiesektor, bedingt durch die notwendige Dekarbonisierung zur Begrenzung der Erderwärmung, führen zu einer Diskussion über eine Wasserstoffinfrastruktur als Nachfolger der Kohlenwasserstoffinfrastruktur. Flüssiger Wasserstoff, der bei -253 °C existiert, kann wirtschaftlich über lange Strecken transportiert werden. Bei einer Freisetzung entsteht eine tiefkalte Lache, gefolgt von dynamischer Verdampfung und der Bildung einer Gaswolke. Diese Gaswolke verhält sich zunächst wie eine Schwergasausbreitung, gewinnt jedoch durch Temperaturanstieg an Auftrieb. Sie ist ab einem Mischungsverhältnis von etwa 4,0 Vol.-% in Luft zündfähig, wobei die Zündenergie im Vergleich zu Kohlenwasserstoffen sehr gering ist. Dies birgt Gefahren sowohl von der Lache als auch von der Gaswolke, weshalb eine Sicherheitsbewertung für technische Anlagen, die flüssigen Wasserstoff verarbeiten, notwendig ist. Die Arbeit präsentiert ein Modell, das die Ausbreitung von Lachen und Gasen in komplexen 3D-Geometrien berechnet. Es basiert auf einem numerischen Verfahren zur Strömungsberechnung (CFD) und verwendet einen Mehrphasen-Mehrkomponentenansatz mit Untermodellierungen für die Phasenumwandlung. Das Modell wird durch vorhandene Experimente validiert und erstmals auf ein Freisetzungsszenario in einer Wasserstoffverflüssigungsanlage angewendet.
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Entwicklung, Validierung und sicherheitstechnische Anwendung eines numerischen Ausbreitungsmodells für Flüssigwasserstoff, Christian Jäkel
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- 2018
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