On the criteria of hydrogen self-ignition during its release from a high-pressure vessel

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The paper presents results of the numerical modeling of high-pressure hydrogen release into air followed by self-ignition. Two problem statements are studied: release through a slit from a tube or a vessel into the space with an obstacle and release through two separated slits. The modeling is performed in two-dimensional approach in Cartesian coordinates. In the framework of the first statement, the initial pressure of hydrogen and the distance to the obstacle are varied, the half-width of the slit is set equal to 1 mm. In the framework of the second statement, the size of slits and the distance between them are varied while the initial pressure of hydrogen is 350 atm. It is shown that the mentioned parameters of the problem determine regimes of hydrogen flow: with and without ignition. For the first statement, two regimes of flow with ignition are observed: before the jet reaches the obstacle and as a result of the reflection of the flow from it. The obtained results could be interesting for the elaboration of hydrogen safety systems.

About the authors

Anna E. Smygalina

Joint Institute for High Temperatures of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: smygalina-anna@yandex.ru

Candidate of Science in physics and mathematics, research scientist

Russian Federation, Moscow

Alexey D. Kiverin

Joint Institute for High Temperatures of the Russian Academy of Sciences

Email: alexeykiverin@gmail.com

Doctor of Science in physics and mathematics, professor, head of department

Russian Federation, Moscow

References

  1. Wolanski P., Wojcicki S. Investigation into the mechanism of the diffusion ignition of a combustible gas flowing into an oxidizing atmosphere // P. Combust. Inst., 1973. Vol. 14. P. 1217–1223.
  2. Lee H. J., Park J. H., Kim S. D., Kim S., Jeung I. S. Numerical study on the spontaneous-ignition features of high-pressure hydrogen released through a tube with burst conditions // P. Combust. Inst., 2015. Vol. 35. No. 2. P. 2173–2180. doi: 10.1016/j.proci.2014.07.055.
  3. Xu X., Jiang J., Jiang Y., Wang Z., Wang Q., Yan W., Pan X. Spontaneous ignition of high-pressure hydrogen and boundary layer characteristics in tubes // Int. J. Hydrogen Energ., 2020. Vol. 45. No. 39. P. 20515–20524. doi: 10.1016/j.ijhydene.2020.02.060.
  4. Gong L., Duan Q., Liu J., Li M., Jin K., Sun J. Experimental investigation on effects of CO additions on spontaneous ignition of high-pressure hydrogen during its sudden release into a tube // Int. J. Hydrogen Energ., 2019. Vol. 44. No. 13. P. 7041–7048. doi: 10.1016/ j.ijhydene.2019.01.197.
  5. Golovastov S. V., Bocharnikov V. M., Samoilova A. A. Experimental investigation of influence of methane additions on spontaneous self-ignition of pulsed jet of hydrogen // Int. J. Hydrogen Energ., 2016. Vol. 41. No. 30. P. 13322–13328. doi: 10.1016/j.ijhydene.2016.06.148.
  6. Wen J. X., Xu B. P., Tam V. H. Y. Numerical study on spontaneous ignition of pressurized hydrogen release through a length of tube // Combust. Flame, 2009. Vol. 156. No. 11. P. 2173–2189. doi: 10.1016/j.combustflame.2009.06.012.
  7. Wang Z., Pan X., Jiang Y., Wang Q., Yan W., Xiao J., Jordan T., Jiang J. Experiment study on the pressure and flame characteristics induced by high-pressure hydrogen spontaneous ignition // Int. J. Hydrogen Energ., 2020. Vol. 45. No. 35. P. 18042–18056. doi: 10.1016/ j.ijhydene.2020.04.051.
  8. Golub V. V., Baklanov D. I., Bazhenova T. V., Bragin M. V., Golovastov S. V., Ivanov M. F., Volodin V. V. Shock-induced ignition of hydrogen gas during accidental or technical opening of high-pressure tanks // J. Loss Prevent. Proc., 2007. Vol. 20. No. 4–6. P. 439–446. doi: 10.1016/j.jlp.2007.03.014.
  9. Голуб В. В., Баженова Т. В., Ласкин И. Н., Сёмин Н. В. Диффузионное самовоспламенение водорода, возникающее при истечении его из блока сопел // Письма в ЖТФ, 2009. Т. 35. № 5. С. 8–13.
  10. Белоцерковский О. М., Давыдов Ю. М. Метод крупных частиц в газовой динамике. — М.: Наука, 1982. 392 с.
  11. Conaire M., Curran H. J., Simmie J. M., Pitz W. J., Westbrook C. K. A comprehensive modeling study of hydrogen oxidation // Int. J. Chem. Kinet., 2004. Vol. 36. No. 11. P. 603–622. doi: 10.1002/kin.20036.
  12. Варнатц Ю., Маас У., Диббл Р. Горение. Физические и химические аспекты, моделирование, эксперименты, образование загрязняющих веществ / Пер. с англ. — М.: Физматлит, 2006. 352 с. ( Warnatz J., Maas U., Dibble R. W. Combustion. Physical and chemical fundamentals, modeling and simulations, experiments, pollutant formation. — New York, NY, USA: Springer, 2001. 378 p.)

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».