含固氧颗粒的液氢传输管路中静电积聚仿真研究

田雪皓; 刘柏文; 王磊; 马原; 厉彦忠; 雷刚; 陈强

西安交通大学学报 ›› 2024, Vol. 58 ›› Issue (2) : 116 -126.

田雪皓, 刘柏文, 王磊, 马原, 厉彦忠, 雷刚, 陈强

作者信息 +

Author information +

文章历史 +

摘要

为探究含固态氧颗粒的液氢管道传输中静电积聚规律，基于COMSOL Multiphysics软件，开展了液氢-固氧体系荷电规律仿真预示。采用拉格朗日颗粒轨道法与计算流体动力学分别描述连续液氢流与离散固氧颗粒的运动，采用Materials Studio软件计算获得固氧电学性质，并通过电容器法描述固氧颗粒碰撞起电规律，实现固液两相流与静电场的耦合求解。仿真结果发现，当液氢流速为10 m·s^-1,固氧颗粒粒径为1 000μm时，固氧颗粒比电荷达10μC·kg^-1,颗粒饱和电量约为84 pC,两相流电荷密度为2.84×10^-4 C·m^-3,较纯液氢流静电大8个量级。随着颗粒-壁面碰撞次数增多，颗粒荷电量趋于饱和。管流参数对荷电规律影响显著，颗粒比电荷随颗粒质量流量增加略有降低，随管长增加和管径减小而增大，随液氢流速增加呈现先减小后增大的趋势，即存在极小值。颗粒物性也会对荷电量产生影响，颗粒比电荷随粒径增大存在极小值和极大值，颗粒杨氏模量、电阻率、密度等也对荷电规律具有一定影响。研究工作可为液氢传输系统设计与安全防护提供理论支撑。