氢气高空排放可燃云团扩散特性的数值研究

针对航天发射场等场景氢储运过程中的闪蒸氢气以小流量直接排放的安全问题,开展了氢气高空排放扩散特性的数值模拟研究。以英国健康与安全实验室(HSL)的氢气直接排放为验证模型,选用Species组分输运模型研究氢气不同排放状态对周围环境可燃的影响,分析了空间内氢气扩散云团的可燃范围及基本形态。结果表明,风场作用下氢气可燃云团向两侧及下风向扩散,呈现左右分流卷吸空气的稀释趋势,使最高体积分数出现下侧方偏移。在排放10 s后扩散稳定,危险距离降至9 m,温度接近环境温度。风场及氢排放出口参数对氢气可燃云团偏移角度影响较小,在扩散过程中云团保持约45°进行卷吸稀释。风场温度对体积分数偏移呈正相关,速度对体积分数偏移呈负相关。氢排放量对体积分数偏移影响较大且呈正相关。

环境因素对液氧泄漏扩散过程影响的数值研究

针对低温液氧推进剂在运输、储存、加注过程中可能发生泄漏的问题,开展了数值模拟研究。采用Mixture多相流模型,考虑气液两相间的滑移速度和水蒸气的相变,对液氧泄漏后地面液池、氧气浓度场和温度场的变化过程,以及环境温度、大气压力、风速等因素对液氧泄漏扩散过程的影响规律进行了研究。结果表明:液氧泄漏约35 s后,流场达到准稳定状态,液池、温度场、浓度场的分布基本不变;环境温度从278 K升高到308 K时,促进了液氧吸热蒸发的过程,地面附近最大氧气体积分数从44.71%升高到47.1%;风速从0 m/s增加到10 m/s时,加快了氧气团稀释扩散的速度,低温伤害范围从175.4 m^(2)缩小到32.81 m^(2),危险浓度区域从257.0 m^(2)缩小到50.70 m^(2);大气压力从0.09 MPa升高到0.1 MPa时,低温伤害范围最远距离从26.5 m缩短到20.05 m,危险浓度区域最远距离从38.81 m缩短到30.82 m;大气相对湿度从20%提高到100%时,抑制了氧气团的稀释扩散,危险浓度区域最远距离从37.67 m增加到39.24 m。此项研究对后续液氧试验的开展提供了理论支撑,对液氧泄漏事故的应急处理具有指导意义。

氢的高压与液化储运研究及应用进展

氢能是优势显著的可再生能源,大力发展氢能是我国实现碳达峰、碳中和发展目标的有效途径.我国支持、鼓励制氢、储氢、加氢基础设施的建设,氢能产业已经进入快车道.在氢能全产业链中,氢储运环节成本占比高达30%,是最为关键的一环.技术、经济性、可靠性和安全性都是氢储运技术发展需要考虑的影响因素.物理储氢是目前唯一可大规模商用的存储技术,其中高压气氢储存具有氢充放速度快、成本低等优点,低温液态储氢具有体积能量密度大、加注时间短等优点.氢的输运主要依靠管道运输和交通工具搭载氢储罐运输,其中管道运输是满足未来巨大氢能需求的有效途径.高压气氢储运和低温液氢储运是较为成熟且具有规模应用潜质的技术.本文从储存技术原理、储存设备、运输方式、应用情况以及安全标准等方面对高压和液化氢储运的研究进展进行了介绍.最后,总结了氢储运现状和面临的主要问题,提出了未来氢储运技术发展的建议,展望了氢能应用的广阔前景.