Scienziati della Pusan ​​National University chiariscono i flussi di calore nei serbatoi di idrogeno liquido

Gli scienziati della Pusan ​​National University chiariscono i flussi di calore nei serbatoi di idrogeno liquido.

L’idrogeno è ampiamente considerato il carburante del futuro. Tuttavia, ci sono ancora sfide e limiti di sicurezza per migliorare l’efficienza di stoccaggio del combustibile a idrogeno liquefatto quando si tratta del trasporto e dello stoccaggio commerciale su larga scala.

Ora, i ricercatori della Corea del Sud hanno studiato sperimentalmente e numericamente i flussi di calore e i cambiamenti di fase all’interno di un serbatoio di carburante criogenico utilizzando simulazioni di flusso termico multifase, per rivelare intuizioni chiave per la loro progettazione sicura ed efficiente.

Le crescenti preoccupazioni relative ai cambiamenti climatici hanno sottolineato la necessità di passare dai combustibili fossili a fonti energetiche alternative. Di questi, l’idrogeno è considerato il combustibile più promettente per il settore dei trasporti. Attualmente, l’idrogeno viene trasportato come gas ad alta pressione in serbatoi specializzati. Ma questa tecnica è inefficiente e pone seri problemi di sicurezza. Per affrontare questa sfida, i ricercatori stanno esaminando sempre più l’uso del combustibile a idrogeno liquefatto.

Il combustibile a idrogeno liquefatto può essere trasportato solo in serbatoi criogenici (criotank), che mantengono la temperatura inferiore a -253⁰C, il punto di ebollizione dell'idrogeno. Nonostante l'isolamento termico, il combustibile liquefatto in un criotank subisce un certo grado di vaporizzazione.

La portata di vaporizzazione viene misurata come "Boil-Off Gas (BOG)." Un BOG troppo elevato può provocare un eccesso di pressione interna all'interno del serbatoio, causando crepe e fessure. Ciò rende la comprensione e il controllo del BOG un fattore chiave nella progettazione dei criotank.

A tal fine, un gruppo di ricerca, guidato dal professor Jong-Chun Park della Pusan ​​National University in Corea del Sud, ha studiato come varia il BOG con un altro parametro di progettazione critico chiamato rapporto di riempimento del serbatoio (FR), il rapporto tra la massa del carburante liquefatto in il serbatoio alla capacità del serbatoio a 15⁰C.

Prof. Parco,disse:

Nel nostro studio abbiamo eseguito esperimenti e simulazioni per analizzare le caratteristiche termodinamiche del serbatoio.

Lo studio è stato reso disponibile online il 24 giugno 2022 e pubblicato nel volume 255 della rivista Energy il 15 settembre 2022.

Dai loro esperimenti, i ricercatori hanno scoperto che il BOG aumenta quadraticamente con FR. Hanno anche scoperto che mentre la temperatura all’interno della fase liquida rimaneva costante, la temperatura della fase vapore diminuiva in modo non lineare con FR.

I ricercatori hanno poi eseguito simulazioni del flusso termico multifase del serbatoio utilizzando la fluidodinamica computazionale. Ciò ha permesso loro di visualizzare facilmente i trasferimenti di calore, i flussi termici e la vaporizzazione all’interno del serbatoio isolato sotto vuoto.

"Abbiamo adottato il modello di cambiamento di fase di Rohosenow per le simulazioni, che ci ha permesso di riprodurre il processo di vaporizzazione all'interno del serbatoio. Dalle nostre simulazioni siamo stati finalmente in grado di rivelare il meccanismo del BOG come risultato della vaporizzazione", spiega il prof. Park.

I ricercatori hanno convalidato le loro simulazioni utilizzando i dati degli esperimenti condotti attraverso una collaborazione con Daewoo Shipbuilding & Marine Engineering Co., Ltd. (DSME).

La tecnica di simulazione termica multifase utilizzata in questo caso potrebbe accelerare la progettazione di crioterbatoi commerciali sicuri ed efficienti per l’idrogeno liquefatto. Le applicazioni di questa ricerca sono di ampio respiro, dalle automobili all’aerospaziale fino alle centrali elettriche offshore, rendendola quindi un passo avanti fondamentale per la realizzazione di una società centrata sull’idrogeno.

Punti salienti:

I ricercatori hanno studiato come la vaporizzazione e i flussi di calore all'interno del serbatoio del carburante variano in base al rapporto di riempimento del serbatoio.

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Gli scienziati della Pusan ​​National University chiariscono i flussi di calore nei serbatoi di idrogeno liquido, BUSAN, Corea del Sud, 3 gennaio 2023