Cientistas da Pusan ​​National University elucidam fluxos de calor em tanques de hidrogênio líquido

Cientistas da Pusan ​​National University elucidam fluxos de calor em tanques de hidrogênio líquido.

O hidrogênio é amplamente considerado como o combustível do futuro. No entanto, ainda existem desafios e limitações de segurança para melhorar a eficiência do armazenamento de combustível de hidrogênio liquefeito quando se trata de seu transporte e armazenamento comercial em larga escala.

Agora, pesquisadores da Coreia do Sul investigaram experimentalmente e numericamente os fluxos de calor e as mudanças de fase dentro de um tanque de combustível criogênico usando simulações de fluxo térmico multifásico, para revelar informações importantes para seu design seguro e eficiente.

As crescentes preocupações com as mudanças climáticas enfatizaram a necessidade de trocar os combustíveis fósseis por fontes alternativas de energia. Destes, o combustível de hidrogênio é considerado o mais promissor para a indústria de transporte. Atualmente, o combustível de hidrogênio é transportado como gás de alta pressão em tanques especializados. Mas essa técnica é ineficiente e apresenta sérias preocupações de segurança. Para enfrentar esse desafio, os pesquisadores estão cada vez mais olhando para o uso de combustível de hidrogênio liquefeito.

O combustível de hidrogênio liquefeito só pode ser transportado em tanques criogênicos (criotanques), que mantêm temperaturas abaixo de -253⁰C - o ponto de ebulição do hidrogênio. Apesar do isolamento térmico, o combustível liquefeito em um criotanque sofre um certo grau de vaporização.

A taxa de fluxo de vaporização é medida como "Boil-Off Gas (BOG)". BOG muito alto pode resultar em excesso de pressão interna dentro do tanque, levando a rachaduras e fissuras. Isso torna a compreensão e o controle do BOG um fator-chave no projeto de tanques criogênicos.

Para esse fim, uma equipe de pesquisa, liderada pelo professor Jong-Chun Park, da Universidade Nacional de Pusan, na Coreia do Sul, investigou como o BOG varia com outro parâmetro crítico de projeto chamado taxa de enchimento do tanque (FR) - a proporção da massa de combustível liquefeito em o tanque para a capacidade do tanque a 15⁰C.

Prof Park,disse:

Em nosso estudo, realizamos experimentos, bem como simulações, para analisar as características termodinâmicas do tanque.

O estudo foi disponibilizado online em 24 de junho de 2022 e publicado no Volume 255 da revista Energy em 15 de setembro de 2022.

A partir de seus experimentos, os pesquisadores descobriram que BOG aumenta quadraticamente com FR. Eles também descobriram que enquanto a temperatura dentro da fase líquida permaneceu constante, a temperatura da fase de vapor diminuiu não linearmente com FR.

Os pesquisadores então realizaram simulações de fluxo térmico multifásico do tanque usando dinâmica de fluidos computacional. Isso permitiu que eles visualizassem facilmente as transferências de calor, fluxos térmicos e vaporização dentro do tanque isolado a vácuo.

"Adotamos o modelo de mudança de fase de Rohosenow para as simulações, o que nos permitiu reproduzir o processo de vaporização dentro do tanque. A partir de nossas simulações, finalmente conseguimos revelar o mecanismo do BOG como resultado da vaporização", explica o Prof. Park.

Os pesquisadores validaram suas simulações usando os dados dos experimentos realizados em colaboração com a Daewoo Shipbuilding & Marine Engineering Co., Ltd. (DSME).

A técnica de simulação térmica multifásica usada aqui pode acelerar o projeto de criotanques comerciais seguros e eficientes para hidrogênio liquefeito. As aplicações desta pesquisa são amplas, desde automóveis e aeroespacial até usinas offshore, tornando-se assim um passo crítico para a realização de uma sociedade centrada no hidrogênio.

Destaques:

Os pesquisadores investigaram como a vaporização e os fluxos de calor dentro do tanque de combustível variam de acordo com a taxa de enchimento do tanque.

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Cientistas da Pusan ​​National University elucidam fluxos de calor em tanques de hidrogênio líquido, BUSAN, Coreia do Sul, 3 de janeiro de 2023