Entwicklung, Validierung und sicherheitstechnische Anwendung eines numerischen Ausbreitungsmodells für Flüssigwasserstoff

Auteurs

• Christian Jäkel

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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. Der wirtschaftliche Transport von Wasserstoff erfolgt derzeit nur in flüssiger Form, die bei Umgebungsdruck -253 °C beträgt. Eine Freisetzung des tiefkalten Wasserstoffs verursacht die Bildung einer tiefkalten Lache, dynamische Verdampfung und die Ausbreitung einer Gaswolke. Diese Gaswolke beginnt lokal als Schwergasausbreitung und erfährt später Auftrieb aufgrund höherer Temperaturen. Ab einem Mischungsverhältnis von etwa 4,0 Vol.-% in Luft wird die Gaswolke zündfähig, wobei die Zündenergie im Vergleich zu Kohlenwasserstoffen extrem gering ist. Daher gehen von der tiefkalten Lache und der Gaswolke erhebliche Gefahren aus, was eine Sicherheitsbewertung für technische Anlagen, die flüssigen Wasserstoff verarbeiten, erforderlich macht. In dieser Arbeit wird ein Modell entwickelt, das die Ausbreitung von Lachen und Gasen in komplexen 3D-Geometrien berechnet. Es basiert auf einem numerischen Verfahren zur Strömungsberechnung (CFD) und nutzt 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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• Année de publication: 2018