Propensity for H2 flame wrinkling, acceleration and transition to detonation from side venting, rear venting and interaction with expansion waves

H2 火焰起皱、加速以及从侧面排气、后部排气以及与膨胀波相互作用过渡到爆炸的倾向

基本信息

  • 批准号:
    570937-2021
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.7万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Alliance Grants
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2022-01-01 至 2023-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The proposed research addresses the rapid shift of the energy sector in utilizing hydrogen fuel as an energy carrier. This fundamental transformation of the energy sector provides unique opportunities for Shell and Canada in the safe production and handling of clean hydrogen and associated technologies. The project addresses the explosion safety of hydrogen gas in scenarios of fuel leaks leading to combustible cloud formation in typical distribution and storage facilities with semi-enclosed spaces and venting capabilities. We study the effect of partial venting on the flame dynamics and the potential for rapid flame acceleration potentially leading to pressure wave amplification and transition to detonation. The need for this research is due to the absence of appropriate safety guidelines and the codes and standards that are required to prevent the flame acceleration and detonation transition. Such accident scenarios have been anecdotally documented in past large-scale trials and recent accidents in the industry, such as having occurred in 2019 at a hydrogen fueling station in Norway. The objective of the present research is to clarify the mechanisms that lead to flame acceleration in the presence of partial venting and to provide quantitative criteria for safe design of installation. A computational model will also be developed in order to obtain predictive capability of these phenomena. A suite of different experimental configurations with detailed flow visualization will permit to determine the unique physical mechanisms of flame acceleration that are peculiar to hydrogen-air mixtures in the presence of expansion waves. These experiments will be complemented by high-performance direct numerical simulations. Together, the experiments and simulations will be used generate scaling laws and validation bechmarks for engineering-type numerical models. The generation of these design tools addressing the explosion safety of hydrogen will be essential to the practicing engineer. The present research will also contribute to the training of highly-qualified personnel in the emerging energy sector activities involving hydrogen gas as energy carrier.
拟议的研究旨在解决能源部门在利用氢燃料作为能量载体的快速转移。 能源领域的这种基本转型为壳牌和加拿大的独特机会提供了清洁氢和相关技术的安全生产和处理。该项目解决了在燃料泄漏方案中氢气的爆炸安全性,导致具有半封闭空间和通风功能的典型分配和存储设施中可燃的云形成。 我们研究了部分排气对火焰动力学的影响,以及可能导致压力波扩增和向爆炸过渡的快速火焰加速的潜力。 这项研究的需求是由于缺乏适当的安全准则以及防止火焰加速和爆炸过渡所需的代码和标准。 在过去的大规模试验和最近发生的事故中,这种事故情景已被记录在挪威的一个氢加油站。 本研究的目的是阐明在存在部分通风的情况下导致火焰加速的机制,并为安全设计的安全设计提供定量标准。 还将开发一个计算模型,以获得这些现象的预测能力。 具有详细流动可视化的一组不同的实验构型将允许确定在存在膨胀波的情况下氢气混合物特有的火焰加速度的独特物理机制。 这些实验将通过高性能直接数值模拟进行补充。 一起,将使用实验和模拟生成缩放定律和验证工程型数值模型。 这些针对氢气爆炸安全的设计工具的生成对于实践工程师来说至关重要。本研究还将有助于培训涉及氢气作为能量载体的新兴能源部门活动中的高度合格人员。

项目成果

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Radulescu, MateiMI其他文献

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