Artykuł metodologiczny

Szybka wizualizacja i pomiar ciśnienia dynamiki eksplozji wodoru w utrudnionych i nieskrępowanych geometriach

DOI:

10.3791/71000

⸱

30 kwietnia 2026

1Department of Process, Energy and Environmental Technology, University of South-Eastern Norway (USN)

W tym artykule

Podsumowanie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ten artykuł przedstawia kontrolowaną metodę eksperymentalną do badania dynamiki eksplozji wodoru w nieograniczonych środowiskach z przeszkodami. Wykorzystując zsynchronizowane zdjęcia wysokiej prędkości i pomiary ciśnienia, protokół rejestruje przyspieszenie płomienia, generowanie turbulencji i wzrost ciśnienia wynikające z opóźnionej zapłonu pod‑ekspansyjnych strumieni wodoru.

Streszczenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ten artykuł przedstawia szczegółową metodę eksperymentalną do badania zachowania eksplozji wodoru w różnych układach przeszkód i warunkach ograniczeń. Procedura obejmuje kontrolowane uwalnianie strumienia wodoru, opóźnione zapłon i systematyczne dostosowywanie geometrii przeszkód oraz odległości ograniczeń w celu odtworzenia realistycznych scenariuszy przemysłowych. Kamery wysokiej prędkości rejestrują propagację płomienia i przejście do pożaru strumienia, podczas gdy przetworniki ciśnienia rejestrują siłę eksplozji i wzrost ciśnienia. Metoda podkreśla kluczowe parametry, takie jak średnica dyszy, ciśnienie w górę strumieniu, rozstaw przeszkód i ograniczenie, które rządzą generowaniu turbulentności i przyspieszaniu płomienia. Wyniki reprezentatywne potwierdzają zastosowanie metody i ilustrują, jak konfiguracje geometryczne wpływają na intensywność eksplozji. Ten powtarzalny przepływ pracy jest zaprojektowany, aby wspierać zarówno badania, jak i edukację, dostarczając jasnej, krokowo udokumentowanej dokumentacji procesu eksperymentalnego. Poza jego bezpośrednim zastosowaniem w eksperymentalnych badaniach bezpieczeństwa wodoru, protokół dostarcza cennych danych do walidacji modeli dynamik płynów obliczeniowych (CFD) oraz opracowywania wytycznych inżynieryjnych do zmniejszania ryzyka. Integrując wizualizacyjne metody ze strukturalnym zbieraniem danych, ten protokół wspiera powtarzalne eksperymenty i może pomóc w przyszłych badaniach mających na celu poprawę bezpieczeństwa systemów wodorowych w środowiskach przemysłowych i morskich.

Wprowadzenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Wodorzeń wyłania się jako obiecujący nośnik energii ze względu na swoją wysoką gęstość energetyczną i korzyści ekologiczne. Jednak jego przechowywanie i użycie w systemach wysokiego ciśnienia stanowi znaczące wyzwania bezpieczeństwa, szczególnie w środowiskach przemysłowych i morskich, gdzie niezamierzone wycieki mogą prowadzić do niebezpiecznych sytuacji. Gdy wodór ucieka z systemów wysokiego ciśnienia, uchodzi jako podprężny, wysokoprężny strumień, który szybko zasysa otaczające powietrze, tworząc palną mieszaninę wodoru z powietrzem1,2. Momentum i zachowanie mieszania strumienia mocno wpływają na powstającą dynamikę płomienia i eksplozji.

Ponieważ wodór może uciekać jako strumień o dużym momencie, szybko mieszać się z powietrzem i tworzyć wybuchową chmurę, potrzebne są mocne środki bezpieczeństwa3. W ograniczonych lub zacieśnionych środowiskach, geometria i rozstaw przeszkód znacząco wpływają na rozwój turbulencji, propagację płomienia i nasilenie eksplozji4,5. Chociaż zaleca się szerokie uwalnianie wodoru, ponieważ zmniejsza to ryzyko nagromadzenia ciśnienia i poważnych eksplozji, całkowita otwartość jest często nieosiągalna w środowiskach przemysłowych lub morskich. Jednakże w środowiskach przemysłowych lub morskich fizyczne ograniczenie jest często nieuniknione, prowadząc do zwiększonego ryzyka zasysania przepływu i rozwoju turbulencji. Takie warunki mają bezpośredni wpływ na zachowanie strumienia, zjawiska mieszania i, ostatecznie, propagację płomienia5. Zrozumienie tych parametrów jest kluczowe dla projektowania bezpieczniejszych systemów wodorowych i ustanawiania skutecznych odległości bezpieczeństwa6,7. Pomimo postępów w symulacjach dynamiki płynów obliczeniowych (CFD), dane eksperymentalne pozostają niezbędne do walidacji tych modeli i opracowania niezawodnych wytycznych inżynierskich8,9.

W porównaniu z innymi podejściami diagnostycznymi stosowanymi w badaniach zapłonu strumienia wodoru, takimi jak obrazowanie schlieren, planarna fluorescencja indukowana laserem (PLIF) lub pomiary ciśnienia w pojedynczym punkcie, zsynchronizowane obrazowanie wysokiej prędkości w połączeniu z wielopunktowymi pomiarami ciśnienia zapewnia bardziej kompleksową charakterystykę struktury płomienia, przejściowego rozwoju strumienia i siły eksplozji10,11,12. Techniki takie jak schlieren lub PLIF zazwyczaj rejestrują tylko gradienty gęstości lub pola stężenia gatunków i mogą nie rozdzielać szybkich przejść w morfologii płomienia po opóźnionym zapłonie. Podobnie, diagnostyki tylko ciśnieniowe oferują ograniczone wgląd w geometrię płomienia lub tryby propagacji. Złączone podejście obrazowania i ciśnienia zastosowane w tym badaniu umożliwia szczegółowe śledzenie reżimów zapłonu, przyspieszania płomienia i budowy ciśnienia z wysoką rozdzielczością czasową, oferując jasne zalety w walidacji modeli CFD i identyfikacji niebezpiecznego zachowania płomienia.

Niniejszy artykuł przedstawia metodologię i wyniki eksperymentów badających wpływ przeszkody w kształcie rury na propagację płomienia i dynamikę eksplozji po opóźnionym zapłonie strumienia wodoru wysokiego ciśnienia w otwartym powietrzu. Podprężny strumień powstaje, gdy ciśnienie wylotowe wodoru przekracza ciśnienie otoczenia, prowadząc do powstania struktury uderzeniowej w pobliżu dyszy. To zjawisko znacząco wpływa na charakterystyki mieszania strumienia i następcze zachowanie płomienia po zapłonie. Podczas eksperymentu wodór był uwalniany przez 1,69 mm okrągłą dziurę w ciśnieniach zasilania od 30 do 80 bar(g). Zbadano wpływ opóźnionego miejsca zapłonu i dwóch odległości przeszkody na ewolucję strumienia i propagację płomienia. Dzięki zsynchronizowanemu obrazowaniu wysokiej prędkości i pomiarom ciśnienia, eksperymenty dostarczają wglądu w reżimy przepływu, zachowanie płomienia i warunki przyczyniające się do nasilenia eksplozji. Układ eksperymentalny jest przedstawiony na Rysunkach 1 i 2. Zdjęcia butli z wodorem i jej zaworów są zawarte na Dodatkowym Rysunku 1 i Dodatkowym Rysunku 2. Dane eksperymentalne mają uzupełniać symulacje CFD, dostarczając punktów walidacji dla prędkości płomienia, budowy ciśnienia i mieszania turbulentnego w strumieniach.

figure-introduction-1
Rysunek 1: Uproszczony schemat instalacji (P&ID). Schemat pokazuje zasilanie wodorem, PT, czujniki ciśnienia (P1-P4), zawór pneumatyczny (V), IGN, CAM i OS. Skróty; PT = przetworniki ciśnienia; IGN = jednostka zapłonu; CAM = kamera wysokiej prędkości; OS = połączenie z narzędzem do

Protokół

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ten protokół zawiera krokową opis procedury eksperymentalnej stosowanej do badania dynamiki zapłonu i eksplozji strumieni wodoru. Wszystkie materiały, sprzęt i oprogramowanie wykorzystywane w procedurze są wymienione w Tabeli Materiałów. Dodatkowe szablony proceduralne, w tym lista kontrolna uruchomienia i zamknięcia (Plik uzupełniający 1) oraz szablon rejestracji danych eksperymentalnych (Plik uzupełniający 2), są dostarczane w celu wsparcia odtwarzalności i implementacji w laboratorium. Eksperymenty przeprowadzono w typowym laboratorium w warunkach środowiskowych o temperaturze pokojowej (około 22 °C), przy standardowej wentylacji mechanicznej działającej z szybkością wymiany powietrza regulowaną w budynku. Chociaż temperatura i wentylacja nie były aktywnie kontrolowane, przyszłe badania mogą skorzystać z monitorowania tych parametrów

1. Przygotowanie zestawu eksperymentalnego

OSTRZEŻENIE: Zabezpiecz obszar eksperymentalny, zamykając drzwi dostępowe i zawieszając znaki ostrzegawcze oraz zakazuj wstępu nieautoryzowanym osobom do laboratorium. Załóż odpowiednie elementy ochrony osobistej (EPP), w tym kask z osłoną twarzy i ochronę słuchu, przed rozpoczęciem jakichkolwiek operacji związanych z wodorowem. Podłącz cały zestaw eksperymentalny do zweryfikowanego połączenia uziemiającego, aby zmniejszyć ryzyko porażenia prądem z układu zapłonowego iskrowego.

  1. Połączenia sprzętu
    1. Podłącz regulator wysokiego ciśnienia do butli wodorowej, a następnie podłącz wąż wysokiego ciśnienia między wyjściem regulatora a wejściem zestawu eksperymentalnego.
      OSTRZEŻENIE: Używaj rur i armatury ocenionej na co najmniej 100 bar(g) i kompatybilnej z obsługą wodoru. Przed naciskaniem wizualnie sprawdź wszystkie połączenia.
    2. Podłącz zawór pneumatyczny do sprężarki powietrza za pomocą węża pneumatycznego i ustaw ciśnienie na wylocie sprężarki na wartość wymaganą do pełnego uruchomienia zaworu zgodnie z danymi technicznymi zaworu.
    3. Podłącz wszystkie urządzenia elektroniczne (system akwizycji danych, aparat wysokoszybkościowy, generator impulsów i jednostkę zapłonową) do ich odpowiednich źródeł zasilania i włącz je.
    4. Podłącz wyjście wyzwalacza generatora impulsów do sterowania zaworem pneumatycznym, wejścia wyzwalacza aparatu wysokoszybkościowego, wejścia wyzwalacza akwizycji danych ciśnienia i wejścia wyzwalacza jednostki zapłonowej za pomocą odpowiednich kabli sygnałowych.
    5. Umieść układ przeszkód w wybranej odległości (na przykład 29 cm lub 54 cm) w dół strumienia od dyszy, mierząc od płaszczyzny wyjścia dyszy i wyrównaj przeszkody z linią środkową strumienia.
    6. Umieść źródło zapłonu w pożądanym miejscu względem przeszkody i dyszy (na przykład blisko dyszy, w środku strumienia lub w dół strumienia) i zamocuj je bezpiecznie.
    7. Dostosuj odległość między elektrodami zapłonowymi do odstępu iskrowego około 1-3 mm za pomocą klawiatury lub linijki.
    8. Wykonaj test wycieku na wszystkich połączeniach wodoru, naciskając system gazem obojętnym (na przykład azotem) do ciśnienia nieco wyższego niż planowane ciśnienie robocze i nakładając na każde połączenie roztwór mydła i wody za pomocą szczotki lub butelki z rozpylaczem. Sprawdź, czy nie tworzą się bąbelki. Dokręć lub ponownie wykonaj połączenie, w którym pojawiają się bąbelki i powtórz test, aż nie wykryto wycieków.
  2. Kalibracja i konfiguracja
    1. Ustaw system akwizycji danych, aby próbkował wszystkie kanały ciśnienia z częstotliwością co najmniej 50 kHz. Skonfiguruj bazę czasową, aby obejmowała cały proces uwalniania i spalania (na przykład 5 s łącznej czas trwania) i ustaw odpowiedni zakres napięcia dla każdego czujnika ciśnienia w oparciu o jego kalibrację. Skonfiguruj system, aby wyzwalał się na sygnale wznoszącym się z generatora impulsów.
    2. Ustaw aparat wysokoszybkościowy na rozdzielczość 1024 x 1024 pikseli i 5000 klatek na sekundę (fps). Ustaw czas ekspozycji na wartość, która uniemożliwia rozmazanie obrazu z powodu ruchu, zachowując jednocześnie wystarczającą jasność (na przykład 100-200 μs) i wybierz tryb wyzwalania, który rejestruje krótki okres przed wyzwoleniem (na przykład 10-20% łącznego czasu nagrywania).
      UWAGA: Dostosuj rozdzielczość, częstotliwość klatek i czas ekspozycji w oparciu o możliwości aparatu i wymagany poziom szczegółowości płomienia.
    3. Zaprogramuj generator impulsów, aby wysłał pojedynczą sekwencję impulsów, która jednocześnie aktywuje zawór pneumatyczny, aparat wysokoszybkościowy, akwizycję danych ciśnienia i jednostkę zapłonową. Ustaw czas trwania uwalniania wodoru na 2,03 s, opóźnienie zapłonu na 2,00 s względem otwarcia zaworu, a czas trwania impulsu zapłonowego na 0,03 s.
    4. Skonfiguruj wyzwalanie aparatu, aby

Wyniki

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Protokół eksperymentalny rejestruje kluczowe dynamiki eksplozji wodoru, co ilustrują zsynchronizowane nagrania wykonane w technikach high‑speed oraz pomiary ciśnienia (patrz Rysunek 4 oraz 5). W udanych eksperymentach nagrania high‑speed rejestrują moment zapłonu i kolejne propagowanie płomienia przez geometrię przeszkody, jak pokazano na pojedynczych klatkach Rysunku 4.

figure-results-1
Rysunek 4: Zdjęcia high‑speed pokazujące front płomienia propagującego przez region przeszkody. Pojedyncze klatkę ilustrują zapłon, wczesny rozwój płomienia i propagację poprzez geometrię przeszkody wzmocnioną turbulencją. Prosimy kliknąć tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Na przykład, gdy przeszkoda była umieszczona 29 cm od dyszy, płomień przyspieszył gwałtownie z powodu turbulencji generowanej przez przeszkodę. Odpowiednie dane z przetwornika ciśnienia pokazały ostry szczyt w momencie zapłonu, z ciśnieniem eksplozji początkowo zaobserwowanym na czujniku P0, osiągającym i sukcesywnie przesuwającym się w dół strumieni w kierunku czujników (patrz Rysunek 5). Kolorowe krzywe odpowiadają czujnikom ciśnienia umieszczonym w rosnącej odległości od dyszy, a przesunięcie czasowe między szczytami odzwierciedla propagację frontu płomienia obok każdego czujnika.

figure-results-2
Rysunek 5: Rejestratory ciśnienia z rozdzielczością czasową nagrane podczas reprezentatywnego testu eksplozji wodoru. Kolorowe krzywe odpowiadają czujnikom ciśnienia w rosnącej odległości od dyszy, pokazujące sekwencję czasową szczytów ciśnienia wraz z przejściem frontu płomienia obok każdego czujnika. Prosimy kliknąć tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Parametry badane w tym protokole, takie jak odległość przeszkody, lokalizacja zapłonu i prędkość przepływu masowego, mogą być dostosowane w granicach przetestowanych w tej pracy (Rysunki 4-5), co umożliwia zastosowanie metody do różnych pytań badawczych. Badania mogą skupiać się na innych możliwych zmiennych, takich jak rozmiar, kształt i konfiguracja przeszkody, a także czas opóźnienia. Na przykład różne układy przeszkód lub pozycje zapłonu mogą być używane, aby skupić się na generowaniu turbulencji lub przyspieszeniu płomienia w określonych warunkach. Jak pokazano na Rysunkach 4-5, przesunięcie pozycji zapłonu powoduje wymienne zmiany w rozwoju płomienia i czasie przybycia szczytu ciśnienia do czujników w dół strumieni. W obrębie badanych zakresów, ta adaptacyjność umożliwia zastosowanie metody do wielu scenariuszy uwolnienia i zapłonu istotnych dla środowisk przemysłowych i edukacyjnych, odzwierciedlając złożoność zastosowań w rzeczywistości.

Wyzwania takie jak niewłaściwa ekspozycja aparatu, zakłócenia elektryczne w pomiarach ciśnienia lub niewyrównana elektroda zapłonowa mogą prowadzić do nieoptymalnych nagrań lub niekompletnych danych (jak czasami obserwowano podczas testów wstępnych). Na przykład źle skonfigurowane parametry aparatu (np. niska liczba klatek lub niewłaściwa ekspozycja) mogą prowadzić do rozmazania lub niedowystawnych nagrań, podczas gdy niezsynchronizowane sygnały mogą prowadzić do niekompletnego odczytu danych. Podobnie, awarie zapłonu spowodowane niewłaściwym umieszczeniem źródła zapłonu lub niewystarczającą energią iskry mogą prowadzić do braku inicjacji płomienia lub niekonsekwentnych odczytów ciśnienia. Te problemy mogą zazwyczaj być rozwiązane poprzez ponowne kalibrowanie czujników, przemieszczenie źródła zapłonu i/lub polerowanie przewodów, albo podwójne sprawdzenie ustawień synchronizacji przed eksperymentem.

Udane eksperymenty charakteryzują się czystymi nagraniami wideo, zsynchronizowanymi zapisami ciśnienia i spójnymi sekwencjami szczytów ciśnienia (jak widać na Rysunkach 4-5), podczas gdy problemy takie jak zakłócenia sygnału czy niewielkie wycieki mogą zmniejszać jakość danych. Elastyczność protokołu w modyfikacji kluczowych parametrów sprawia, że jest on wszechstronnym narzędziem do badania dynamiki eksplozji wodoru w różnych warunkach. Dane eksperymentalne zapewniają potencjalne punkty walidacji dla modeli komputerowych dynamiki płynów (CFD) dotyczących zapłonu strumienia wodoru, szczególnie w przewidywaniu przyspieszenia płomienia i wzrostu ciśnienia w zmiennych warunkach przeszkód i ograniczeń. Dodatkow

Dyskusja

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Wybór sprzętu i projekt eksperymentu wpływają na dokładność i wiarygodność rejestrowanych danych dotyczących płomienia i ciśnienia, zgodnie z najlepszymi praktykami opisanymi w badaniach nad eksplozjami wodoru. Czuły czujnik ciśnienia piezoelektryczny został wybrany ze względu na swoją wysoką czułość i szybką czasem odpowiedzi, które są niezbędne do rejestracji gwałtownych zmian ciśnienia występujących podczas eksplozji wodoru15. W przeciwieństwie do innych czujników ciśnienia, takich jak standardowe czujniki piezorezystywne, Kistler 603B wykorzystuje technologię piezoelektryczną, co sprawia, że jest on dobrze przystosowany do dynamicznych pomiarów ciśnienia w eksperymentach z zjawiskami przejściowymi, takimi jak propagacja płomienia i eksplozje.

Zostało zastosowane wielokanałowe wysokoprędkowe systemy akwizycji danych ze względu na ich wysoką rozdzielczość i dostępność wielu zsynchronizowanych kanałów, które umożliwiają jednoczesne rejestrowanie sygnałów ciśnienia i synchronizację z wysokoprędkowymi nagraniami. Właściwe dobór rur i złączek jest zasadniczy dla obsługi wysokiego ciśnienia roboczego w systemie. Rury muszą być sklasyfikowane tak, aby wytrzymać maksymalne ciśnienie w górę strumienia dostarczane przez regulator ciśnienia i przetworniki, zapewniając integralność strukturalną podczas uwalniania wodoru. Niestosowanie się do odpowiednio sklasyfikowanych komponentów może prowadzić do katastrofalnych wycieków lub awarii systemu. Zawór pneumatyczny został wybrany ze względu na jego zdolność do szybkiego i pneumatycznego działania, co służy dwóm krytycznym celom: (1) synchronizacji wszystkich akcji eksperymentalnych, w tym uwalniania wodoru i akwizycji danych, oraz (2) zwiększonej bezpieczeństwa, ponieważ zawór może być zdalnie sterowany, aby zminimalizować ekspozycję operatora na zagrożenia.

Test na wycieki jest niezbędny po złożeniu systemu, zgodnie z wytycznymi bezpieczeństwa dotyczących wodoru16. Zapewnia to, że wszystkie połączenia są szczelnie zamknięte, zapobiegając niezamierzonemu uwolnieniu wodoru. Prosty mieszek z wody i mydła do naczyń, lub mydła laboratoryjnego klasy, może być nakładany na złącza, aby wykryć wycieki poprzez tworzenie bąbelków. Jeśli zauważy się bąbelki, złącza muszą być dokręcone i ponownie przetestowane, aż nie zostaną wykryte żadne wycieki. Dla testu na wycieki, butelka azotu musi zastąpić tę z wodoru i stopniowo podnosić ciśnienie powyżej planowanego ciśnienia roboczego z użyciem wodoru. Utrzymanie spójnych ustawień wysokoprędkowego wideo poprawia porównywalność między eksperymentami i poprawia widoczność wczesnego rozwoju płomienia (Rysunek 4). Utrzymanie jednolitej rozdzielczości, częstotliwości klatek i ustawień ekspozycji na wszystkich nagraniach zapewnia porównywalny materiał filmowy. Ta spójność upraszcza przetwarzanie i analizę po eksperymencie, ułatwiając dokładną interpretację propagacji płomienia i dynamiki eksplozji.

Poprzez standaryzację kluczowych komponentów i synchronizację systemów rejestrujących, projekt eksperymentu produkuje wyniki rejestracji ciśnienia i obrazowania, które są powtarzalne w warunkach badanych (Rysunki 4-5). Aby zapewnić dokładność czasową, synchronizację między wysokoprędkowymi kamerami, systemem rejestracji ciśnienia, zaworem pneumatycznym i jednostką zapłonową zweryfikowano za pomocą testowych uruchamiaczy przed każdym eksperymentem. Chociaż może wystąpić nieznaczne drżenie czasowe, użyty tu system uruchamiania działa w skali podmilimetrowej, a ten poziom dokładności jest wystarczający do rozdzielania trendów rozwoju płomienia i wzrostu ciśnienia zgłaszanych na Rysunkach 4-5.

W porównaniu z diagnostyką, która polega wyłącznie na obrazowaniu schlieren lub planarnej fluorescencji indukowanej laserem, ten protokół podkreśla zsynchronizowane wysokoprędkowe obrazowanie widocznego płomienia i jednoczesne wielopunktowe pomiary ciśnienia. Podczas gdy techniki schlieren i PLIF mogą rozdzielać pola gęstości lub koncentracji bardziej szczegółowo, zazwyczaj wymagają one bardziej złożonych zestawów optycznych i są mniej przystosowane do rutynowych badań bezpieczeństwa w środowiskach przemysłowych. W przeciwieństwie do tego, opisane tu połączone podejście obrazowania i ciśnienia zapewnia solidny i stosunkowo prosty rama dla identyfikacji reżimów zapłonu, przyspieszania płomienia i ciężkości eksplozji, i generuje dane, które mogą być łatwo wykorzystane do walidacji symulacji dynamik płynów obliczeniowych uwalniania wodoru.

Protokół może być rozszerzony, aby badać wpływ alternatywnych geometrii przeszkód, takich jak siatki, perforowane płyty lub bardziej skomplikowane rurociągi, na przyspieszanie płomienia i obciążenia eksplozji. Przyszła praca może również zastosować ten sam podejście pomiarowe do częściowo ograniczonych lub wentylowanych otoczenia, dostarczając dane dla ocen ryzyka w przemysłowych i morskich zastosowaniach wodoru. W kontekście edukacyjnym, metodologia może być zaadaptowana jako ćwiczenie laboratoryjne, aby przeszkoli studentów w zakresie

Oświadczenia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy deklarują, że nie mają żadnych konkurencyjnych interesów finansowych.

Podziękowania

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Publikacja ta została sfinansowana przez Norweskie Dyrektoriat ds. Szkolnictwa Wyższego i Umiejętności w ramach programu UTFORSK poprzez projekt HyTack: “Rozwiązywanie wyzwań w gospodarce wodorowej poprzez edukację i badania” (numer projektu UTF-2021/10198). Wyniki przedstawione w niniejszej pracy zostały podjęte w ramach projektu badawczego Safe Hydrogen Fuel Handling and Use for Efficient Implementation 2 (SH2IFT-2), a autorzy pragną wyrazić wdzięczność za wsparcie finansowe Rady Badań Naukowych Norwegii w ramach programu ENERGIX (Numer grantu 327009).

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Czujnik ciśnieniaAmerican Sensor TeamAST4000C00250B4I1000Zakres 0–250 bar, 4–20 mA
Zawór pneumatycznySwagelockSC00015-3 F04-N-D-11 AMaks. ciśnienie eksploatacyjne 8 bar
Reduktor ciśnieniaSwagelockKPF1PWF8A8P20020max 414 bar
Czujniki ciśnieniaKistler603B
Generator impulsówQuantum Composersmodel 9518
oscyloskop / rejestrator danychPico TechnologyPicoScope 4824A
KameraPhotronFastCam SA-Z 2100K-M-32GB

Bibliografia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Molkov, V., Saffers, J. B. Hydrogen jet flames. Int J Hydrogen Energy. 38 (19), 8141-8158 (2013).
  2. Lach, A. . Hydrogen safety in confined spaces. , (2022).
  3. Cirrone, D., Makarov, D., Friedrich, A., Grune, J., Takeno, K., et al. Blast wave generated by delayed ignition of under expanded hydrogen free jet at ambient and cryogenic temperatures. Hydrogen. 3 (4), 433-449 (2022).
  4. Henriksen, M., Vaagsaether, K., Lundberg, J., Forseth, S., et al. Numerical study of premixed gas explosion in a 1 m channel partly filled with 18650 cell-like cylinders with experiments. J Loss Prev Process Ind. 77, 104761 (2022).
  5. Dorofeev, S. B., Kuznetsov, M. S., Alekseev, V. I., Efimenko, A. A., et al. Evaluation of limits for effective flame acceleration in hydrogen mixtures. J Loss Prev Process Ind. 14, 583-589 (2001).
  6. An, Y., et al. Review of safety regulations, codes, and standards (RCS) for hydrogen distribution and application. Int J Green Energy. 21 (8), 1757-1765 (2023).
  7. Alfasfos, R., Sillman, J., Soukka, R. Lessons learned and recommendations from analysis of hydrogen incidents and accidents to support risk assessment for the hydrogen economy. Int J Hydrogen Energy. 60, 1203-1214 (2024).
  8. Middha, P., Hansen, O. R., Storvik, I. E. Validation of CFD model for hydrogen dispersion. J Loss Prev Process Ind. 22 (6), 1034-1038 (2009).
  9. Hansen, O. R. Hydrogen infrastructure-efficient risk assessment and design optimization approach to ensure safe and practical solutions. Process Saf Environ Prot. 143, 164-176 (2020).
  10. Asahara, M., Iwatsuki, K., Kang, D., Kambayashi, I., Saburi, T., et al. Characterization of hydrogen jets considering leakage from high-pressure storage tanks using shadowgraphy. Int J Hydrogen Energy. 61, 1456-1472 (2024).
  11. Johansen, C. T., McRae, C. D., Danehy, P. M., Gallo, E. C. A., Cantu, L. M. L., et al. . OH-PLIF visualization of the UVa supersonic combustion experiment: Configuration A [technical report AIAA-2012-0114]. , (2013).
  12. Ciccarelli, G., Dorofeev, S. Flame acceleration and transition to detonation in hydrogen systems: An overview. Prog Energy Combust Sci. 34, 499-550 (2008).
  13. Birch, A. D., Hughes, D. J., Swaffield, F. Velocity decay of high-pressure jets. Combust Sci Technol. 52 (1-3), 161-171 (1987).
  14. Schefer, R. W., Houf, W. G., Bourne, B., Colton, J. Spatial and radiative properties of an open-flame hydrogen plume. Int J Hydrogen Energy. 31 (10), 1332-1340 (2006).
  15. Inspection: Best practices for hydrogen systems. H2Tools Available from: https://h2tools.org/bestpractices/maintenance-and-inspection/inspection (2026)

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Flame PropagationObstacle GeometryJet Fire TransitionTurbulence GenerationFlame AccelerationPressure TransducersComputational Fluid Dynamics
Film wkrótce dostępny

Powiązane artykuły