液氢管路输运中静电积聚机理与电流密度分布特征研究

摘要

针对液氢管路输运过程中，静电积聚机理及电流密度分布特征不明而导致的安全风险评估挑战，通过数值模拟方法，揭示该过程的静电积聚规律。通过构建流场、电荷场、静电场等多物理场耦合仿真模型，研究了管内近壁区域速度、电荷密度、电流密度等分布特性。通过定义电流密度边界层，分析了其厚度变化规律及影响因素。与实验结果对比，所建立模型误差小于4.14%。研究结果表明：由于双电层的存在，近壁面和主流区电荷密度呈现显著差异。在液氢管流电流密度构成中，相较于传导项和扩散项，对流项贡献占主导，且电流密度在发展过程中存在分层现象并呈现由厚减薄的演化规律。液氢中，根据双电层各结构和速度边界层各结构厚度相对大小的依次增大，可分为紧密层、层流底层、扩散层和湍流边界层。此外，静电势在管道中心轴线处最大，越接近壁面其梯度越大，电场强度也越大；在更长管道中，中心轴线处的静电势呈线性增长。该研究可对液氢管路输运系统的优化与安全防护提供理论支撑。

关键词

液氢管路输运 / 静电积聚 / 电流密度边界层 / 数值模拟

基金资助

装备预先研究专用技术资助项目（3050608）