Numerical and Experimental Investigations on Self-Ignition Process of Hydrogen Gas Release

Agnieszka Jach , Wojciech Rudy , Andrzej Dąbkowski , Andrzej Teodorczyk

Abstract

This paper describes hydrogen gas self-ignition as a result of the release from high-pressure chamber through the tube into the ambient air. Hydrogen is a very flammable gas with high energy density, small minimum ignition energy and wide flammability limits. Moreover, because of its high diffusivity in metals and small molecules it may cause leakages from storage systems. Pressurized hydrogen releases were found to ignite with no particular ignition source and it was the reason for this work. The condition for self-ignition of hydrogen gas discharge through the tube is a proper combination of the burst disk rapture, the tube length and diameter. This work consists of experimental and computational parts. Numerical simulation of hydrogen gas discharge through the tube is investigated in the first part. Calculations were performed using a commercial CFD code AVL FIRE. Investigated domain was composed of two cylindrical high-pressure (compressed hydrogen) and low-pressure (ambient air) vessels connected by the tube. The release tube had diameter D of 10 mm and length L of 10-100 mm. The experiments were carried out in a closed rectangular channel filled with ambient air where the high-pressure (2-17 MPa) hydrogen was injected through tubes with various diameters (d = 6, 10 and 14 mm) and lengths (L = 10-100 mm). The equipment used included: pressure sensors, photodiodes, ionization probes and high-frequency data acquisition system. Both numerical and experimental investigations showed the general tendency that the possibility of self-ignition increased with increasing initial pressure and the tube length. As a conclusion, ignition appears due to the rise of temperature of the mixture, which is caused by the diffusion of hydrogen on the contact surface with the air, heated by leading shock wave
Author Agnieszka Jach (FPAE / IHE)
Agnieszka Jach,,
- The Institute of Heat Engineering
, Wojciech Rudy (FPAE / IHE)
Wojciech Rudy,,
- The Institute of Heat Engineering
, Andrzej Dąbkowski (FPAE / IHE)
Andrzej Dąbkowski,,
- The Institute of Heat Engineering
, Andrzej Teodorczyk (FPAE / IHE)
Andrzej Teodorczyk,,
- The Institute of Heat Engineering
Journal seriesJournal of KONES, ISSN 1231-4005
Issue year2013
Vol20
No3
Pages185-192
Publication size in sheets0.5
Keywords in Polishwypływ wodoru, bezpieczeństwo wodorwe, samozapłon wodoru, AVL Fire
Keywords in Englishhydrogen release, hydrogen safety, hydrogen self-ignition, AVL Fire
Abstract in PolishNiniejszy artykuł opisuje samozapłon wodoru jako wynik wypływu z wysokociśnieniowego zbiornika przez rurkę do otaczającego powietrza. Wodór jest gazem o palnym o duzęj gęstosci energii, niskiej energii zapłonu i szerokim zakresie palności. Ponadto z powodu małych rozmiarów molekuł i wysokiej dyfuzji wodór może dość łatwo wyciec z instalacji. Wyływywający wysokociśnieniowy wodór może zapalić się bez wyraźnego źródła zapłonu. Warunki do zaistnienia samozapłonu wodoru są wynikiem kobinacji warunków brzegowych jak rozerwania membrany , długość kanału i jego średnica. NIneijsza praca skłąda się z części eksperymentalnej oraz numerycznej. Obliczenia numeryczne przeprowadzono przy pomocy komercyjnego oprogramowania CFD - AVL FIRE. Rozpatrywana geometria skłądała się z dwóch cylindrycznych zbiorników, wysokociśnieniwoego (wodór) oraz niskociśneiniwoego (powietrze) połączonych rurką o średnicy 10 mm i długościach w zakresie 10-100 mm. Eksperymenty przeprowadzono dla ciśnień początkowych w zakresie 2-17 MPa i rurek łączących o wymiarach: średnicy 6,10 i 14 mm, długosci 10-100 mm. Wyniki zarówno eksperyemtnalne jak i numeryczne wykazały generalna tendencję wzrostu prawdopodobieństwa wystąpienia samozapłonu na skutek wzrostu ciśnienia początkowego jak i długości rurki łączącej zbiorniki. Zapłon następował na skutek dyfuzji wodoru na powiezchni kontaktu z powietrzem podgrzanym przez wiodącą falą uderzeniową
URL http://www.kones.eu/ep/2013/vol20/no3/185-192_JO_KONES_2013_NO_3_VOL_20_ISSN_1231-4005_JACH.pdf
Languageen angielski
Score (nominal)14
Score sourcejournalList
ScoreMinisterial score = 6.0, 28-02-2020, ArticleFromJournal
Ministerial score (2013-2016) = 14.0, 28-02-2020, ArticleFromJournal
Publication indicators GS Citations = 3.0
Citation count*3 (2020-09-17)
Cite
Share Share

Get link to the record


* presented citation count is obtained through Internet information analysis and it is close to the number calculated by the Publish or Perish system.
Back
Confirmation
Are you sure?