Entwicklung, Validierung und sicherheitstechnische Anwendung eines numerischen Ausbreitungsmodells für Flüssigwasserstoff

Autor*innen

• Christian Jäkel

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Die Veränderungen im Energiesektor, bedingt durch die notwendige Dekarbonisierung zur Begrenzung der Erderwärmung, führen zu einer verstärkten Diskussion über eine Wasserstoffinfrastruktur als Nachfolger der Kohlenwasserstoffinfrastruktur. Flüssiger Wasserstoff, der bei -253 °C existiert, kann nur in dieser Form wirtschaftlich über lange Strecken transportiert werden. Bei einer Freisetzung entsteht eine tiefkalte Lache, gefolgt von dynamischer Verdampfung und der Bildung einer Gaswolke, die zunächst als Schwergasausbreitung auftritt und später durch Temperaturanstieg aufsteigt. Diese Gaswolke wird ab einem Mischungsverhältnis von etwa 4,0 Vol.-% in Luft zündfähig, wobei die Zündenergie im Vergleich zu Kohlenwasserstoffen extrem gering ist. Daher ergeben sich erhebliche Gefahren von der tiefkalten Lache und der Gaswolke, was eine Sicherheitsbewertung für technische Anlagen, die flüssigen Wasserstoff verarbeiten, notwendig macht. In dieser Arbeit wird ein Modell entwickelt, das die Ausbreitung von Lachen und Gasen in komplexen 3D-Geometrien berechnen kann. Das Modell basiert auf einem numerischen Verfahren zur Strömungsberechnung (CFD) und verwendet einen Mehrphasen-Mehrkomponentenansatz mit Untermodellierungen für die Phasenumwandlung. Es wird durch vorhandene Experimente validiert und erstmals auf ein Freisetzungsszenario in einer Wasserstoffverflüssigungsanlage angewendet.

• Sprache: Deutsch
• Erscheinungsdatum: 2018