Científicos de la Universidad Nacional de Pusan ​​aclaran flujos de calor en tanques de hidrógeno líquido

Científicos de la Universidad Nacional de Pusan ​​aclaran los flujos de calor en tanques de hidrógeno líquido.

El hidrógeno es ampliamente considerado como el combustible del futuro. Sin embargo, todavía existen desafíos y limitaciones de seguridad para mejorar la eficiencia de almacenamiento del combustible de hidrógeno licuado cuando se trata de su transporte y almacenamiento comercial a gran escala.

Ahora, investigadores de Corea del Sur han investigado experimental y numéricamente los flujos de calor y los cambios de fase dentro de un tanque de combustible criogénico utilizando simulaciones de flujo térmico multifásico, para revelar información clave para su diseño seguro y eficiente.

Las crecientes preocupaciones sobre el cambio climático han enfatizado la necesidad de cambiar los combustibles fósiles por fuentes de energía alternativas. De estos, el combustible de hidrógeno se considera el más prometedor para la industria del transporte. Actualmente, el combustible de hidrógeno se transporta como gas a alta presión en tanques especializados. Pero esta técnica es ineficiente y plantea serios problemas de seguridad. Para abordar este desafío, los investigadores analizan cada vez más el uso de combustible de hidrógeno licuado.

El combustible de hidrógeno licuado solo se puede transportar en tanques criogénicos (criotanques), que mantienen temperaturas por debajo de -253 ⁰C, el punto de ebullición del hidrógeno. A pesar del aislamiento térmico, el combustible licuado en un criotanque experimenta cierto grado de vaporización.

El caudal de vaporización se mide como "Gas de evaporación (BOG)". Un BOG demasiado alto puede generar un exceso de presión interna dentro del tanque, lo que genera grietas y fisuras. Esto hace que comprender y controlar BOG sea un factor clave en el diseño de criotanques.

Con este fin, un equipo de investigación, dirigido por el profesor Jong-Chun Park de la Universidad Nacional de Pusan ​​en Corea del Sur, investigó cómo varía el BOG con otro parámetro de diseño crítico llamado relación de llenado del tanque (FR): la relación de la masa de combustible licuado en el tanque a la capacidad del tanque a 15⁰C.

profesor parque,dicho:

En nuestro estudio, realizamos experimentos, así como simulaciones, para analizar las características termodinámicas del tanque.

El estudio estuvo disponible en línea el 24 de junio de 2022 y se publicó en el Volumen 255 de la revista Energy el 15 de septiembre de 2022.

A partir de sus experimentos, los investigadores encontraron que BOG aumenta cuadráticamente con FR. También encontraron que mientras la temperatura dentro de la fase líquida se mantuvo constante, la temperatura de la fase de vapor disminuyó de forma no lineal con FR.

Luego, los investigadores realizaron simulaciones de flujo térmico multifásico del tanque utilizando dinámica de fluidos computacional. Esto les permitió visualizar fácilmente las transferencias de calor, los flujos térmicos y la vaporización dentro del tanque aislado al vacío.

"Adoptamos el modelo de cambio de fase de Rohosenow para las simulaciones, lo que nos permitió reproducir el proceso de vaporización dentro del tanque. A partir de nuestras simulaciones, finalmente pudimos revelar el mecanismo de BOG como resultado de la vaporización", explica el profesor Park.

Los investigadores validaron sus simulaciones utilizando los datos de los experimentos realizados en colaboración con Daewoo Shipbuilding & Marine Engineering Co., Ltd. (DSME).

La técnica de simulación térmica multifásica utilizada aquí podría acelerar el diseño de criotanques comerciales seguros y eficientes para hidrógeno licuado. Las aplicaciones de esta investigación son muy variadas, desde automóviles y aeroespacial hasta centrales eléctricas en alta mar, por lo que es un paso fundamental para la realización de una sociedad centrada en el hidrógeno.

Reflejos:

Los investigadores han investigado cómo la vaporización y los flujos de calor dentro del tanque de combustible varían según la proporción de llenado del tanque.

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Científicos de la Universidad Nacional de Pusan ​​aclaran flujos de calor en tanques de hidrógeno líquido, BUSAN, Corea del Sur, 3 de enero de 2023