NanoSUN在Ansys上安全地提供氢燃料

作为一名Ansys启动程序， NanoSUN正在申请Ansys流利计算流体动力学(CFD)模拟软件，使这一过程更安全、更高效、更大规模。

通过模拟获得成功

为了弥合氢供应商和燃料电池用户之间的差距，来自工业气体和氢燃料电池领域的行业专家在2017年共同成立了NanoSUN。这家初创公司的驱动使命是为运输和移动行业开发高压、移动、低成本的氢存储、分配和分配解决方案。

尽管如此，氢的储存和输送仍然面临着涉及重量、体积、效率、安全性和成本的关键挑战。此外，政府机构和监管协会管理有关氢气处理的安全标准，因为它的高可燃性加上它较低的点火能量。从本质上讲，它比汽油或天然气燃烧得更快。

作为一家新公司，NanoSUN的资源有限。为了迎接挑战，遵守安全法规，并在行业中蓬勃发展，团队需要获得复杂的工程模拟软件和工具。NanoSUN通过Ansys的英国渠道合作伙伴了解了Ansys启动计划，王尔德分析有限公司并于2021年初成为会员。该计划为早期创业公司提供经济实惠的访问Ansys广泛的模拟解决方案组合和支持，以帮助他们发展业务。

“能够使用Ansys仿真软件对我们来说非常重要。它让我们有能力创建模型，这让我们更好地理解我们可以从我们的系统中期待什么，它使我们能够确保我们为客户创造一个安全的环境，”NanoSUN的研究生项目工程师贝瑟尼·拉德(Bethany Ladd)说。“作为一家小公司，直到过去的一年半，我们还没有足够的资金获得适当的商业许可证，所以能够加入Ansys启动计划，使我们能够进入以前无法负担这些工具的领域。”

安全是关键。在额定压力为425巴的情况下，装有大约419公斤氢气的气瓶，如果没有适当的通风或正常工作，火灾是一个积极的威胁。

这是Ladd和她的团队应用Fluent最多的地方，跟踪和监测加油站通风系统内的潜在泄漏，以防止火灾。常规系统检查在NanoSUN公司尤为重要，因为在NanoSUN公司，加油过程同时涉及多个汽缸。

大多数加油公司使用换气技术，即高压从一个气缸流向另一个气缸，当两个气缸都达到平衡时停止加油。这种状态被称为均衡。然而，这种技术只能部分地填充接收筒。

NanoSUN公司标志性的先锋氢燃料补给站(HRS)是一种完全移动的自动化加油解决方案，可直接将氢燃料运送到使用点，促进更有效和及时的分配。NanoSUN公司的级联系统内置在一个标准的20英尺集装箱中，Pioneer HRS可以一站式满足客户的氢燃料补充需求。现场操作所需要的唯一东西是接地连接和230V电源。此外，每个单元都配有备用电池。

其创新和方便的运输使其适用于广泛的应用，包括氢巴士，货车和卡车;材料处理;以及建筑设备。它还可以作为传统氢固定站的备份解决方案，用于车队演示，或作为网络扩展器。

如图2所示，对于车队来说，NanoSUN的Pioneer HRS省去了在其他站点为额外的压缩机或电解槽供电的需要，从而大大节省了时间和成本。

保持领先:安全第一的Ansys Fluent

Ladd于六个月前加入NanoSUN，由于她在Ansys的CFD软件的使用经验，她已经产生了影响Ansys学术项目作为英国剑桥大学的学生。在这个项目中，Ansys为大学提供折扣软件，同时为学生提供免费的自学资源，这一组合为有抱负的工程师在毕业后提供了优势。

“当我开始在NanoSUN工作时，我并不知道他们打算使用CFD模拟。所以，能够通过Ansys学术项目把我在大学里所做的事情带回来真的很有趣，”Ladd说。“对于NanoSUN来说，CFD建模是一件相当新鲜的事情——这里可能只有三个人在这方面有经验——我想这就是我在该计算领域处于领先地位的部分原因，我是唯一有使用Ansys Fluent经验的人之一。”

Ladd和其他cfd用户正在与团队的其他成员分享他们的知识，该团队由大约50名员工组成，新员工正在快速招聘。

Ladd的主要职责是检查NanoSUN燃料的工程和安全计算，使用Ansys Fluent模拟各种场景，如氢气释放或泄漏，以及整个开发阶段的潜在燃点。由于氢是最轻的元素，而且扩散速度非常快，拉德和她的团队需要合适的工具来彻底观察它的行为。

“我们一直在使用Ansys Fluent进行复杂的发布，”Ladd说。“氢气是一种浮力很大的气体，我们使用Fluent来观察一些事情，比如如果我们的容器发生泄漏，我们将如何期望流体在其他钢瓶周围流动。我认为如果没有CFD，就无法模拟这些东西。”

此外，Ladd分析潜在的燃烧点，以了解和测量潜在释放或火焰的方向和大小，以计算适当的危险距离，遵守相关的氢安全标准。

英国压缩气体协会(British Compressed Gas Association)概述的一些氢的安全距离包括:距离可燃气体储存、点火源和燃料气体排气管道5米;距离员工办公室或人群、易燃液体、通风机进风口8米。

这些预防措施对拉德的工作至关重要，并考虑了温度和辐射等变量。

例如，当Ladd和她的团队使用Ansys Fluent建模热压力释放装置(TPRDs)时，可以预测由于气体释放而可能爆发火灾的温度。

使用欧洲工业气体协会(EIGA)给出的热剂量热辐射指南，Ladd应用Ansys Fluent计算氢气释放点与附近工作人员之间的水平距离。这些热测量包括各种损伤概率的剂量、暴露时间和热辐射强度。利用Ansys Fluent中的辐射模型，Ladd和她的团队使用EIGA数据计算了距离释放不同距离的辐射事件，并应用50%的安全系数来确定距离释放的最小安全距离。

通过这些分析，工程师能够预测、监测和预防灾难。

例如，研究小组了解到，如果同时释放9个气瓶，并且释放被点燃，辐射危险距离为19米。或者，如果只有一个气缸通过TPRD释放，距离将只有1.5米。图3和图4显示了一个模型的输出九个气缸释放通过TPRD系统假设点火。

NanoSUN工程师还模拟了TPRD释放的对流热，用2D模型集成了不同速度的风(如图5所示)，用3D模型计算了容器周围的湍流(如图6所示)。

此外，研究小组观察了在恒定高度1.8米的水平平面上的温度轮廓(如图7所示)，这是EIGA推荐的平均“头部高度”的易燃影响点。

除了这些功能，Ansys Fluent还提供多相流分析和燃烧建模，提供对系统性能和流动现象的洞察，Ladd计划接下来充分利用Ansys软件和程序产品进行探索。

Ladd说:“我想我很想看到更多的细节，使用Ansys Fluent来建模系统内部的流程，而不是系统外部。”“模拟进入气缸和通过孔口的流体流动，比如它在桥塞流动中的反应，将是非常有趣的。”

要了解有关Ansys启动程序的更多信息，请查看其他信息在这里．