FLUENT液氢泄漏扩散模拟

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1 前言

假如专家们所说的氢能社会将来会成为现实，那么液氢的应用肯定不会缺席，因为液氢是非常高效的氢储运手段。目前从国内来讲，液氢还主要应用在航天工业领域，作为火箭的推进剂。虽然国家层面已经将氢列入了能源的范畴，但是距离公众接受氢能还需要走很长的路，根本原因就是氢的工程安全利用还亟待解决。对于液氢的泄漏扩散，目前大家的主要研究手段还是数值模拟，因为获得液氢首先就是一件很困难的事，更别提泄漏扩散试验了。今天，我们也尝试做一个液氢泄漏扩散的模拟，注意本案例仅仅演示模拟的方法，参数设置不能直接用于工程分析，因此本号对结果的工程可靠性不负责，请读者朋友谨慎采纳。

本案例的特点：考虑了低温液氢对氮气、氧气和水蒸气的凝结；考虑了液氢和地表土壤的换热；考虑了大气边界层的影响；涉及了可燃气云团体积计算。

2 建模与网格

为了减少计算量，本案例采用二维模型（如下）。整个模型包含两个计算域，上部是流体域，模拟开放大气空间，底部是固体域，模拟土壤层。由于液氢与地面会有强烈的换热，因此将土壤也进行建模比单单采用壁面更合适，因为壁面的热边界条件设定很难有合适的。土壤层也考虑进去后，只需要将足够深的地层设定为恒温边界即可。大气空间长100m，高80m，土壤层长100m，深10m。泄漏口的长和高均为26.3mm，距离地面最小400mm，距离左侧大气入口最小500mm。