Θερμική και δομική ανάλυση σχεδιαστικών λύσεων για την κατασκευή πειραματικής διάταξης ελέγχου υποσυστημάτων αποθήκευσης υγρού υδρογόνου (LH2)
Loading...
Date
2025-02-26
Authors
Βούλτσου, Διονυσία-Μαρία
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Το υδρογόνο θεωρείται ένα από τα πιο υποσχόμενα καύσιμα του μέλλοντος, με τη δυνατότητα να διαδραματίσει καθοριστικό ρόλο στη μετάβαση προς μια βιώσιμη και απαλλαγμένη από άνθρακα οικονομία. Η τεχνολογία υγρού υδρογόνου (LH2) αναδεικνύεται ως μια πολλά υποσχόμενη λύση, ικανή να ξεπεράσει τα όρια του υγροποιημένου φυσικού αερίου (LNG) και να αποτελέσει βασικό ενεργειακό φορέα. Παρά τις προοπτικές της, η εμπορική αξιοποίηση του LH2 προϋποθέτει την ανάπτυξη προηγμένων, οικονομικά αποδοτικών και απολύτως ασφαλών τεχνολογιών αποθήκευσης και μεταφοράς. Η βελτιστοποίηση αυτών των διαδικασιών είναι ζωτικής σημασίας τόσο για σταθερές εφαρμογές, όπως η βιομηχανική παραγωγή και η ηλεκτροπαραγωγή, όσο και για τον τομέα των υπεράκτιων μεταφορών. Ειδικότερα, η ενσωμάτωση του LH2 στη ναυτιλία, στις αερομεταφορές και στα βαρέα οχήματα θα μπορούσε να μειώσει δραστικά τις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου, ενισχύοντας την παγκόσμια ενεργειακή διαφοροποίηση. Ωστόσο, απαιτείται περαιτέρω έρευνα και καινοτομία για την αντιμετώπιση τεχνικών προκλήσεων, όπως η διατήρηση του υδρογόνου σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες και η αποφυγή διαρροών. Η εξέλιξη των υλικών κατασκευής των δεξαμενών, η βελτίωση των μεθόδων μεταφοράς και η ανάπτυξη νέων συστημάτων ασφαλείας θα συμβάλουν στην επίτευξη μιας βιώσιμης και μακροπρόθεσμα αποδοτικής υδρογονοκίνητης οικονομίας. Στο πλαίσιο αυτό, η παρούσα διπλωματική εργασία αποσκοπεί στην παρουσίαση ενός προκαταρκτικού σχεδιασμού για τη μελέτη της θερμικής και δομικής συμπεριφοράς μιας πειραματικής διάταξης δεξαμενών αποθήκευσης υγρού υδρογόνου. Η έρευνα προσφέρει σημαντικές ενδείξεις για τη βελτίωση της ασφάλειας και της απόδοσης αυτών των συστημάτων. Με χρήση της Μεθόδου Πεπερασμένων Στοιχείων (FEA), αναλύθηκαν δύο γεωμετρικοί τύποι δεξαμενών για την εκτίμηση του ρυθμού βρασμού (boil-off rate) και των θερμομηχανικών τάσεων. Επιπλέον, παρουσιάζεται ένας θεωρητικός υπολογισμός της διαδικασίας ψύξης της δεξαμενής με υγρό άζωτο (N₂) με στόχο την αποφυγή θερμικών σοκ. Τα αποτελέσματα είναι ικανοποιητικά, αποδεικνύοντας τη δυνατότητα της Μεθόδου Πεπερασμένων Στοιχείων (FEA) να συμβάλει στη βελτίωση του σχεδιασμού δεξαμενών υγρού υδρογόνου και των μηχανολογικών συστημάτων γενικότερα. Ωστόσο, τα ευρήματα της μελέτης αναδεικνύουν βασικά σημεία που απαιτούν περαιτέρω διερεύνηση και βελτιστοποίηση στα επόμενα στάδια της έρευνας, προκειμένου να επιτευχθεί η μέγιστη απόδοση και ασφάλεια των εφαρμογών.
Description
Keywords
Δεξαμενές αποθήκευσης, Υγρό υδρογόνο (LH2), Ρυθμός βρασμού, Διαδικασία ψύξης