Des scientifiques de l'Université nationale de Pusan ​​élucident les flux de chaleur dans les réservoirs d'hydrogène liquide

Des scientifiques de l'Université nationale de Pusan ​​élucident les flux de chaleur dans les réservoirs d'hydrogène liquide.

L'hydrogène est largement considéré comme le carburant du futur. Cependant, il existe encore des défis et des limites de sécurité pour améliorer l'efficacité du stockage de l'hydrogène liquéfié lorsqu'il s'agit de son transport et de son stockage commerciaux à grande échelle.

Aujourd'hui, des chercheurs sud-coréens ont étudié expérimentalement et numériquement les flux de chaleur et les changements de phase dans un réservoir de carburant cryogénique à l'aide de simulations de flux thermiques multiphases, afin de révéler des informations clés pour leur conception sûre et efficace.

Les préoccupations croissantes en matière de changement climatique ont souligné la nécessité de passer des combustibles fossiles à des sources d'énergie alternatives. Parmi ceux-ci, l'hydrogène est considéré comme le plus prometteur pour l'industrie des transports. Actuellement, le carburant hydrogène est transporté sous forme de gaz à haute pression dans des réservoirs spécialisés. Mais cette technique est à la fois inefficace et pose de sérieux problèmes de sécurité. Pour relever ce défi, les chercheurs se tournent de plus en plus vers l'utilisation d'hydrogène liquéfié.

L'hydrogène liquéfié ne peut être transporté que dans des réservoirs cryogéniques (cryotanks), qui maintiennent des températures inférieures à -253⁰C, le point d'ébullition de l'hydrogène. Malgré l'isolation thermique, le combustible liquéfié dans un cryoréservoir subit une certaine vaporisation.

Le débit de vaporisation est mesuré en tant que "Boil-Off Gas (BOG)". Un BOG trop élevé peut entraîner une pression interne excessive à l'intérieur du réservoir, entraînant des fissures et des fissures. Cela fait de la compréhension et du contrôle de la BOG un facteur clé dans la conception des cryoréservoirs.

À cette fin, une équipe de recherche, dirigée par le professeur Jong-Chun Park de l'Université nationale de Pusan ​​en Corée du Sud, a étudié comment le BOG varie avec un autre paramètre de conception critique appelé taux de remplissage du réservoir (FR) - le rapport de la masse de carburant liquéfié dans le réservoir à la capacité du réservoir à 15⁰C.

le professeur Park,a dit:

Dans notre étude, nous avons réalisé des expériences, ainsi que des simulations, pour analyser les caractéristiques thermodynamiques du réservoir.

L'étude a été mise en ligne le 24 juin 2022 et publiée dans le volume 255 de la revue Energy le 15 septembre 2022.

À partir de leurs expériences, les chercheurs ont découvert que le BOG augmentait de façon quadratique avec le FR. Ils ont également constaté que, tandis que la température dans la phase liquide restait constante, la température de la phase vapeur diminuait de manière non linéaire avec FR.

Les chercheurs ont ensuite effectué des simulations d'écoulement thermique multiphase du réservoir à l'aide de la dynamique des fluides computationnelle. Cela leur a permis de visualiser facilement les transferts de chaleur, les flux thermiques et la vaporisation dans le réservoir isolé sous vide.

"Nous avons adopté le modèle de changement de phase de Rohosenow pour les simulations, ce qui nous a permis de reproduire le processus de vaporisation dans le réservoir. À partir de nos simulations, nous avons finalement pu révéler le mécanisme de BOG à la suite de la vaporisation", explique le professeur Park.

Les chercheurs ont validé leurs simulations en utilisant les données des expériences menées dans le cadre d'une collaboration avec Daewoo Shipbuilding & Marine Engineering Co., Ltd. (DSME).

La technique de simulation thermique multiphase utilisée ici pourrait accélérer la conception de cryoréservoirs commerciaux sûrs et efficaces pour l'hydrogène liquéfié. Les applications de cette recherche sont très variées, allant de l'automobile et de l'aérospatiale aux centrales électriques offshore, ce qui en fait une étape cruciale pour la réalisation d'une société centrée sur l'hydrogène.

Points forts:

Les chercheurs ont étudié comment la vaporisation et les flux de chaleur dans le réservoir de carburant varient en fonction du taux de remplissage du réservoir.

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Des scientifiques de l'Université nationale de Pusan ​​élucident les flux de chaleur dans les réservoirs d'hydrogène liquide, BUSAN, Corée du Sud, 3 janvier 2023