Artykuł metodologiczny

Szybka wizualizacja i pomiar ciśnienia dynamiki eksplozji wodoru w utrudnionych i nieograniczonych 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 demonstruje kontrolowaną metodę eksperymentalną do badania dynamiki eksplozji wodoru w nieograniczonych środowiskach z przeszkodami. Korzystając ze zsynchronizowanego wysokoprędkowego obrazowania i pomiarów ciśnienia, protokół rejestruje przyspieszenie płomienia, generowanie turbulencji oraz wzrost ciśnienia wynikające z opóźnionej eksplozji strumieni wodoru o niskiej ekspansji.

Streszczenie

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

Ten artykuł przedstawia szczegółową metodę eksperymentalną do badania zachowania eksplozji wodoru w różnych układach przeszkód i warunkach ograniczenia. Procedura obejmuje kontrolowane uwalnianie strumienia wodoru, opóźnione zapłon i systematyczne dostosowywanie geometrii przeszkód i odległości ograniczeń w celu odtworzenia realistycznych scenariuszy przemysłowych. Kamery wysokiej prędkości rejestrują propagację płomienia i przejście strumienia w płomieniu, podczas gdy przetworniki ciśnienia rejestrują nasilenie eksplozji i wzrost ciśnienia. Metoda wskazuje kluczowe parametry, takie jak średnica dyszy, ciśnienie w górę strumieni, rozstaw przeszkód i ograniczenia, które rządzą generowaniu turbulentności i przyspieszeniu płomienia. Wyniki reprezentatywne potwierdzają podejście i ilustrują, jak konfiguracje geometryczne wpływają na intensywność eksplozji. Ten powtarzalny przepływ pracy został zaprojektowany, aby wspierać zarówno badania, jak i edukację, zapewniając jasną, krokową dokumentację procesu eksperymentalnego. Poza jego bezpośrednim zastosowaniem w eksperymentalnych badaniach bezpieczeństwa wodoru, protokół dostarcza cennych danych do walidacji modeli dynamiki 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

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

Wodór wyłonił się jako obiecujący nośnik energii ze względu na swoją wysoką gęstość energetyczną i zalety ekologiczne. Jednak jego przechowywanie i użycie w systemach wysokiego ciśnienia stanowi znaczne wyzwania bezpieczeństwa, szczególnie w środowiskach przemysłowych i morskich, gdzie niezamierzone wycieki mogą prowadzić do niebezpiecznych sytuacji. Kiedy wodór wycieka z systemów wysokiego ciśnienia, ucieka jako prędki, podprężony strumień, który szybko zasysa otaczające powietrze, tworząc palną mieszankę wodoru z powietrzem1,2. Pęd i zachowanie się mieszania strumienia mocno wpływają na wynikające z tego dynamiki płomienia i eksplozji.

Ponieważ wodór może uciec jako strumień o dużym pędzie, szybko mieszać się z powietrzem i tworzyć wybuchową chmurę, wymagane są mocne środki bezpieczeństwa3. W ograniczonych lub zasłoniętych miejscach, geometria i rozstaw przeszkód znacząco wpływają na rozwój turbulentności, propagację płomienia i siłę eksplozji4,5. Chociaż konfiguracje wolnego uwalniania wodoru są szeroko zalecane, ponieważ zmniejszają ryzyko wzrostu ciśnienia i poważnych eksplozji. Całkowita otwartość jest często nieosiągalna w środowiskach przemysłowych lub morskich. Jednak w środowiskach przemysłowych lub morskich fizyczne ograniczenie jest często nieuniknione, co prowadzi do zwiększonego ryzyka zasysania przepływu i rozwoju turbulentności. Takie warunki mają bezpośredni wpływ na zachowanie się strumienia, zjawiska mieszania i, ostatecznie, propagację płomienia5. Zrozumienie tych parametrów jest niezbędne do projektowania bezpieczniejszych systemów wodorowych i ustanawiania skutecznych odległości bezpieczeństwa6,7. Pomimo postępów w symulacjach dynamik płynów komputerowych (CFD), dane eksperymentalne pozostają niezastąpione w walidacji tych modeli i opracowaniu niezawodnych wytycznych inżynieryjnych8,9.

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 pomiarem ciśnienia w wielu lokalizacjach zapewnia bardziej kompleksową charakterystykę struktury płomienia, przejściowego rozwoju strumienia i siły eksplozji10,11,12. Techniki takie jak schlieren czy PLIF zwykle 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. Złączony podchodzący do obrazowania i ciśnienia stosowany w tym badaniu umożliwia szczegółowe śledzenie reżimów zapłonu, przyspieszenia płomienia i wzrostu 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 dynamiki eksplozji po opóźnionym zapłonie strumienia wodoru o wysokim ciśnieniu w otwartym powietrzu. Strumień podprężony powstaje, gdy ciśnienie wyjściowe wodoru przekracza ciśnienie otoczenia, prowadząc do powstania struktury uderzeniowej w pobliżu dyszy. To zjawisko znacząco wpływa na mieszanie się strumienia i późniejsze zachowanie płomienia po zapłonie. Podczas eksperymentu wodór był wypuszczany przez okrągły otwór o średnicy 1,69 mm przy ciśnieniach zasilania od 30 do 80 bar(g). Zbadano wpływ lokalizacji opóźnionego zapłonu oraz 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 siły eksplozji. Układ eksperymentalny przedstawiono na Rysunkach 1 i 2. Zdjęcia butli wodorowej i jej zaworów znajdują się na Dodatkowym Rysunku 1 i Dodatkowym Rysunku 2. Dane eksperymentalne mają uzupełniać symulacje CFD, dostarczając punktów walidacji dla prędkości płomienia, wzrostu ciśnienia i mieszania turbulentnego wewnątrz strumienia.

figure-introduction-1
Rysunek 1: Uproszczony schemat rurociągów i instrumentacji (P&ID) układu eksperymentalnego. Schemat pokazuje dopływ wodoru, PT, czujniki ciśnienia (P1-P4), zawór pneumatyczny (V), IGN, CAM i OS. Skróty; PT = przetworniki ciśnienia; IGN = jednost

Protokół

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

Ten protokół zawiera krokową opis procedury eksperymentalnej wykorzystanej do badania dynamiki zapłonu i eksplozji z użyciem strumienia wodoru. Wszystkie materiały, sprzęt i oprogramowanie użyte w procedurze są wymienione w Tabeli Materiałów. Dodatkowe szablony procedury, w tym lista kontrolna uruchamiania i wyłączania (Plik uzupełniający 1) oraz szablon rejestracji danych eksperymentalnych (Plik uzupełniający 2), są dostarczane w celu wsparcia powtarzalności i wdrożenia w laboratorium. Eksperymenty przeprowadzono w typowych warunkach środowiska laboratorium w temperaturze pokojowej (około 22 °C), z standardową wentylacją mechaniczną działającą zgodnie z regulowanym wskaźnikiem wymiany powietrza budynku. Chociaż temperatura i wentylacja nie były aktywnie kontrolowane, przyszłe badania mogą skorzystać z monitorowania tych parametrów

1. Przygotowanie zestawu eksperymentalnego

UWAGA: Zabezpiecz obszar eksperymentalny poprzez zamknięcie drzwi dostępowych i zawieszenie znaków ostrzegawczych, i zabronij wstępu osobom nieupoważnionym do laboratorium. Przed rozpoczęciem jakichkolwiek czynności związanych z wodórkiem, zakładaj odpowiednie wyposażenie do ochrony osobistej (PPE), w tym hełm z osłoną twarzy i ochronę słuchu. Ziemię całą instalację eksperymentalną do zweryfikowanego połączenia z uziemieniem w celu zmniejszenia ryzyka porażenia prądem ze strony systemu zapłonu iskrowego.

  1. Podłączenie sprzętu
    1. Podłącz regulator wysokiego ciśnienia do butli wodoru, a następnie podłącz wysokociśnieniowy wąż między wyjściem regulatora a wejściem zestawu eksperymentalnego.
      UWAGA: Używaj rur i armatur o klasie ciśnieniowej co najmniej 100 bar(g) i kompatybilnych z pracą wodorową. Przed naciśnieniem wizualnie sprawdź wszystkie połączenia.
    2. Podłącz zawór pneumatyczny do sprężarki powietrza za pomocą węża pneumatycznego i ustaw ciśnienie wyjściowe sprężarki na wartość wymaganą do pełnego otwarcia zaworu zgodnie ze specyfikacjami zaworu.
    3. Podłącz wszystkie urządzenia elektroniczne (system akwizycji danych, wysokoprędkowa kamera, generator impulsów i jednostkę zapłonową) do ich odpowiednich źródeł zasilania i włącz je.
    4. Podłącz wyjście uruchamiania generatora impulsów do sterowania zaworem pneumatycznym, wejścia uruchamiania wysokoprędkowej kamery, wejścia uruchamiania akwizycji danych ciśnienia i wejścia uruchamiania jednostki zapłonowej za pomocą odpowiednich kabli sygnałowych.
    5. Umieść tablicę przeszkód w wybranej odległości (na przykład 29 cm lub 54 cm) poniżej dyszy, mierząc od płaszczyzny wyjścia dyszy i wyrównaj przeszkody z kierunkiem strumieniowania.
    6. Umieść źródło zapłonu w pożądanej lokalizacji względem przeszkody i dyszy (na przykład blisko dyszy, w środku strumieniowania lub poniżej) i zamocuj je pewnie na miejscu.
    7. Ustaw odległość między elektrodami zapłonowymi na szczelinę iskrową wynoszącą około 1-3 mm za pomocą zgrzebła lub linijki.
    8. Przeprowadź test szczelności na wszystkich połączeniach wodorowych poprzez naciśnienie systemu gazem inertyjnym (na przykład azotem) do ciśnienia nieco wyższego niż planowane ciśnienie robocze i nałożenie na każde połączenie roztworu mydła i wody za pomocą pędzla lub butelki ze spryskiem. Sprawdź, czy nie tworzą się bąbelki. Dokręć lub ponownie zamocuj każde połączenie, w którym pojawiają się bąbelki i powtórz test, aż nie zostaną wykryte żadne wycieki.
  2. Kalibracja i konfiguracja
    1. Ustaw system akwizycji danych na pobieranie próbek z wszystkich kanałów ciśnienia z częstotliwością co najmniej 50 kHz. Skonfiguruj bazę czasową tak, aby obejmowała cały proces uwalniania i spalania (na przykład 5 s czasu trwania) i ustaw odpowiedni zakres napięcia dla każdego czujnika ciśnienia w oparciu o jego kalibracje. Skonfiguruj system tak, aby wyzwalał się na sygnał rosnącym brzegiem z generatora impulsów.
    2. Ustaw wysokoprędkowa kamera na rozdzielczość 1024 × 1024 pikseli i 5000 klatek na sekundę (fps). Ustaw czas ekspozycji na wartość, która uniemożliwia rozmazanie obrazu z powodu ruchu, jednocześnie zachowując wystarczającą jasność (na przykład 100-200 μs) i wybierz tryb uruchamiania, który rejestruje krótki okres przed uruchamianiem (na przykład 10-20% czasu całego nagrania).
      UWAGA: Dostosuj rozdzielczość, częstotliwość klatek i czas ekspozycji w oparciu o możliwości kamery i wymaganą szczegółowość ognia.
    3. Skonfiguruj generator impulsów, aby wysłał pojedynczy ciąg impulsów, który jednocześnie aktywuje zawór pneumatyczny, wysokoprędkowa kamera, akwizycja danych ciśnienia i jednostkę zapłonową. Ustaw czas trwania uwalniania wodoru na 2,03 s, a opóźnienie zapłonu na 2,00 s względem otwarcia zaworu, przy czym czas trwania impulsu zapłonu wynosi 0,03 s.

Wyniki

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

Protokół eksperymentalny uchwytuje kluczowe dynamiki eksplozji wodoru, co zostało przedstawione na zsynchronizowanych nagraniach wysokich prędkości i pomiarach ciśnienia (patrz Rysunki 4 i 5). W udanych eksperymentach nagrania z wysoką prędkością rejestrują moment zapłonu i kolejne rozprzestrzenianie się płomienia przez geometrię przeszkody, jak pokazano na kolejnych klatkach Rysunku 4.

figure-results-1
Rysunek 4: Nagraniami z wysoką prędkością pokazującymi front płomienia podczas rozprzestrzeniania się przez obszar przeszkody. Kolejne klatki przedstawiają zapłon, wczesny rozwój płomienia i propagację ulepszoną turbulencją przez geometrię przeszkody. Prosimy kliknąć tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Na przykład, gdy przeszkoda została umieszczona 29 cm od dyszy, płomień przyspieszył szybko z powodu turbulencji generowanej przez przeszkodę. Odpowiednie dane z przetwornika ciśnienia pokazały ostry szczyt w momencie zapłonu, z ciśnieniem eksplozji początkowo obserwowanym na czujniku P0, osiągającym i stopniowo przemieszczającym się w dół strumieniowo na czujnikach (patrz Rysunek 5). Kolorowe krzywe odpowiadają czujnikom ciśnienia zlokalizowanym w rosnącym oddaleniu od dyszy, a przesunięcie czasowe między szczytami odbija propagację frontu płomienia za każdym z czujników.

figure-results-2
Rysunek 5: Rejestrowane w czasie ślady ciśnienia zarejestrowane podczas reprezentatywnego testu eksplozji wodoru. Kolorowe krzywe odpowiadają czujnikom ciśnienia w rosnącym oddaleniu od dyszy, pokazujące sekwencję czasową szczytów ciśnienia podczas przechodzenia frontu płomienia przez każdy czujnik. Prosimy kliknąć tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Parametry badane w tym protokole, takie jak odległość przeszkody, lokalizacja zapłonu i przepływ masowy, mogą być dostosowane w granicach przetestowanych w niniejszym badaniu (Rysunki 4–5), umożliwiając zastosowanie metody do różnych pytań badawczych. Badanie może skupić się na innych możliwych zmiennych, takich jak wielkość, kształt i konfiguracja przeszkody, a także czas opóźnienia. Na przykład, różne układy przeszkód lub pozycje zapłonu mogą być użyte, aby skupić się na generowaniu turbulencji lub przyspieszeniu płomienia w określonych warunkach. Jak pokazano na Rysunkach 4–5, przesunięcie pozycji zapłonu skutkuje wykrywalnymi zmianami w rozwoju płomienia i czasie przybycia szczytów ciśnienia do czujników w dół strumieniowo. W ramach badanych zakresów, ta adaptacyjność umożliwia zastosowanie metody do wielu scenariuszy uwolnienia i zapłonu istotnych dla ustawień przemysłowych i edukacyjnych, odbijających złożoność aplikacji rzeczywistych.

Wyzwania takie jak nieodpowiednia ekspozycja kamery, zakłócenia elektryczne w pomiarach ciśnienia lub niewyrównane elektrody zapłonu mogą prowadzić do nieoptymalnych nagrań lub niekompletnych danych (jak czasem obserwowano podczas wstępnych testów). Na przykład, źle skonfigurowane parametry kamery (np. niska liczba klatek lub niewłaściwa ekspozycja) mogą skutkować rozmazanymi lub niedoświetlonymi nagraniami, podczas gdy niezsynchronizowane sygnały mogą prowadzić do niekompletnego rejestrowania danych. Podobnie, awarie zapłonu spowodowane niewłaściwym umieszczeniem źródła zapłonu lub niewystarczającą energią iskry mogą prowadzić do braku inicjacji płomienia lub niespójnych odczytów ciśnienia. Te problemy zwykle mogą być rozwiązane poprzez rekalibrowanie czujników, ponowne ustawienie źródła zapłonu i/lub polerowanie przewodów lub ponowne sprawdzenie ustawień synchronizacji przed eksperymentem.

Udane eksperymenty charakteryzują się czystym nagraniem wideo, zsynchronizowanymi rejestrami ciśnienia i spójnymi sekwencji szczytów ciśnienia (jak widać na Rysunkach 4–5), podczas gdy problemy takie jak szum sygnału lub nieznaczne wycieki mogą zmniejszać jakość danych. Elastyczność protokołu w modyfikacji kluczowych parametrów sprawia, że jest to wszechstronne narzędzie do badania dynamiki eksplozji wodoru w różnych warunkach. Dane eksperymentalne dostarczają potencjalnych punktów walidacji dla modeli dynamicznej analizy płynów (CFD) zapłonu strumienia wodoru, szczególnie w przewidywaniu przyspieszenia płomienia i wzrostu ciśnienia w zmiennych warunkach przeszkody i ograniczeń. Dodatkowo, wgląd uzyska

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. Piezoelektryczny czujnik ciśnienia został wybrany ze względu na jego wysoką wrażliwość i szybki czas reakcji, które są niezbędne do rejestracji gwałtownych zmian ciśnienia, które występują podczas eksplozji wodoru15. W przeciwieństwie do innych czujników ciśnienia, takich jak standardowe czujniki piezorezystywne, Kistler 603B wykorzystuje technologię piezoelektryczną, co sprawia, że jest dobrze przystosowany do dynamicznych pomiarów ciśnienia w eksperymentach z zjawiskami przejściowymi, takimi jak rozprzestrzenianie się płomienia i eksplozje.

Wielokanałowy system akwizycji danych o wysokiej prędkości został zastosowany ze względu na jego wysoką rozdzielczość i dostępność wielu zsynchronizowanych kanałów, które umożliwiają jednoczesne rejestrowanie sygnałów ciśnienia i synchronizację z wideo o wysokiej prędkości. Właściwe dobór rurociągów i armatury jest niezwykle ważny dla obsługi wysokich ciśnień roboczych w systemie. Rurociągi muszą być przeznaczone do wytrzymałości na maksymalne ciśnienie podawane przez regulator ciśnienia i przetworniki, zapewniając integralność strukturalną podczas uwalniania wodoru. Niestosowanie się do odpowiednio dobranych 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 działań eksperymentalnych, w tym uwalniania wodoru i akwizycji danych, oraz (2) zwiększonej bezpieczeństwa, ponieważ zawór może być zdalnie sterowany, aby zminimalizować narażenie operatora na zagrożenia.

Test wycieku jest niezbędny po złożeniu systemu, zgodnie z wytycznymi dotyczącymi bezpieczeństwa wodoru16. Zapewnia to, że wszystkie połączenia są szczelne, zapobiegając niezamierzonemu uwalnianiu wodoru. Proste mieszanie wody z mydłem do naczyń lub mydłem laboratoryjnym można zastosować do armatury w celu wykrycia wycieków poprzez tworzenie bąbelków. Jeśli zaobserwowane są bąbelki, armatura musi zostać dokręcona i ponownie przetestowana, aż nie zostanie wykryte żadne wycieki. W przypadku testu wycieku butelka z azotem musi zastąpić butelkę z wodorem i stopniowo zwiększyć ciśnienie powyżej planowanego ciśnienia roboczego za pomocą wodoru. Utrzymanie spójnych ustawień wideo o wysokiej prędkości 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 dynamiki propagacji płomienia i eksplozji.

Poprzez standaryzację kluczowych komponentów i synchronizację systemów rejestrujących, projekt eksperymentu wytwarza powtarzalne dane dotyczące ciśnienia i obrazowania w warunkach badanych (Rysunki 4-5). Aby zapewnić dokładność czasową, synchronizacja między kamerą o wysokiej prędkości, systemem rejestracji ciśnienia, zaworem pneumatycznym i jednostką zapłonową została zweryfikowana za pomocą uruchamiaczy testowych przed każdym eksperymentem. Chociaż może wystąpić niewielkie drżenie czasowe, użyty tu system uruchamiania działa w skalach czasowych sub-milisekundowych, a ten poziom precyzji jest wystarczający do rozdzielania trendów rozwoju płomienia i wzrostu ciśnienia przedstawionych na Rysunkach 4-5.

W porównaniu z diagnostyką, która opiera się wyłącznie na obrazowaniu schlieren lub planarnej fluorescencji indukowanej laserem, ten protokół kładzie nacisk na zsynchronizowane obrazowanie o wysokiej prędkości widocznego płomienia i jednoczesne wielopunktowe pomiary ciśnienia. Podczas gdy techniki schlieren i PLIF mogą rozdzielić pola gęstości lub stężenia bardziej szczegółowo, zwykle wymagają bardziej złożonych ustawień optycznych i są mniej przystosowane do rutynowych badań bezpieczeństwa w środowiskach przemysłowych. W przeciwieństwie do tego, opisane tu połączone podejście do obrazowania i ciśnienia zapewnia solidną i stosunkowo prostą ramę do identyfikacji reżimów zapłonu, przyspieszania płomienia i ciężkości eksplozji oraz generuje dane, które można łatwo wykorzystać do walidacji symulacji dynamicznej cieczy obliczeniowych wyzwalania wodoru.

Protokół można rozszerzyć, aby badać wpływ alternatywnych geometrii przeszkód, takich jak kratki, perforowane płyty lub bardziej złożone rurociągi, na przyspieszenie płomienia i obciążenie eksplozją. Przyszła praca może również zastosować to samo podejście pomiarowe do częściowo ograniczonych lub wentylowanych obwodów, dostarczając danych do oceny ryzyka w przemysłowych i morskich zastosowaniach wodoru. W kontekście edukacyjnym, metodologia może być zaadaptowana jako ćwiczenie laboratoryjne, aby przeszkolić studentów w zakresie bezpieczeństwa wodoru,

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 tej pracy zostały podjęte w ramach projektu badawczego Safe Hydrogen Fuel Handling and Use for Efficient Implementation 2 (SH2IFT-2), a autorzy chcieliby podziękować za wsparcie finansowe Radzie Badań Norwegii w ramach programu ENERGIX (Grant nr 327009).

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Przekątnica ciśnieniaAmerican Sensor TeamAST4000C00250B4I1000Zakres 0–250 bar, 4–20 mA
Zawór pneumatycznySwagelockSC00015-3 F04-N-D-11 AMaks. ciśnienie robocze 8 bar
Regulator ciśnieniaSwagelockKPF1PWF8A8P20020maks. 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

Hydrogen ExplosionFlame PropagationPressure MeasurementHigh Speed VisualizationObstacle GeometryJet Fire TransitionTurbulence GenerationFlame AccelerationPressure TransducersComputational Fluid Dynamics
Film wkrótce dostępny

Powiązane artykuły