Teoretisk analyse av rørstrømning under flytende hydrogenbunkring

Abstract

Denne oppgaven hadde som mål å bruke teoretiske modeller for å estimere trykktapet ved flytende hydrogenbunkring og å studere hydrogenfasen gjennom systemet. Massestrøm studeres også ved å bruke to metoder for kurvetilpasning og en beregningsmodell for massestrøm ut av en dyse. Gjeldende bunkringsteknologi presenteres kort.

Forsvarets forskningsinstitutts forsøk med utendørs og innendørs utslipp av flytende hydrogen har dannet grunnlaget for modellarbeidet. En Helmholtz EOS-løser brukes til å bestemme de termodynamiske tilstandene og nøkkelparametrene i systemet, og for å forutsi hydrogenfasen. En standard trykktapsmodell med Darcy-Weisbach-ligningen brukes.

Arbeidet med massestrøm viser beregnede verdier nær oppgitte data ved høyere massestrømmer. Trykktapsmodellen viser varierende nøyaktighet sammenlignet med de målte dataene, men de beregnede verdiene er innenfor 25-30% ved høyere trykk. Faseanalysen viser at hydrogen vil begynne å koke kun etter noen sekunder etter å ha startet bunkringen

This thesis aimed to use theoretical models to estimate the pressure loss in liquid hydrogen bunkering and to study the phase of hydrogen through the system. Mass flow is studied as well, using two methods of curve fitting and a calculation model for mass flow out of a nozzle. Current bunkering technology is presented briefly.

The Norwegian Defence Research Establishment's experiments on outdoor and indoor releases of liquid hydrogen has formed the basis of the model work. A Helmholtz EOS solver is used to determine the thermodynamic states and key parameters in the system, and to predict the phase of hydrogen. A standard pressure loss model with the Darcy-Weisbach equation is used.

The work on mass flow displays calculated values close to provided data at higher mass flows. The pressure loss model shows varying accuracy when compared to the measured data, but the calculated values are within 25-30% at higher pressure. The phase analysis shows that hydrogen will start to boil only after a few seconds of starting the bunkering.