NanoSUN与Ansys安全大规模交付氢燃料

作为一个成员Ansys启动程序， NanoSUN正在应用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。

在模拟方面取得进展

为了弥合氢气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于2017年聚集在一起，成立了NanoSUN。这家初创公司的主要使命是为运输和移动行业开发高压、可移动且具有成本效益的氢气储存、分配和分配解决方案。

尽管如此，氢的储存和运输仍然面临着包括重量、体积、效率、安全性和成本在内的关键挑战。此外，政府机构和监管协会管理关于氢气处理的安全标准，因为它的高可燃性加上它的低点火能量。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，并在行业中茁壮成长，团队需要访问复杂的工程仿真软件和工具。NanoSUN通过Ansys的英国渠道合作伙伴了解到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了经济实惠的Ansys广泛的仿真解决方案组合和支持，以帮助他们推进业务。

“能够使用Ansys仿真软件对我们来说非常重要。它使我们能够创建模型，这使我们更好地了解我们对系统的期望，并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Bethany Ladd说。“作为一家小公司，直到过去一年半的时间里，我们还没有足够的资金获得合适的商业许可证，所以能够跳上Ansys Startup Program，让我们能够接触到以前我们无法负担得起这些工具的地方。”

安全是关键。钢瓶在425巴的额定压力下可容纳419公斤氢气，如果没有适当的通风或功能不正常，火灾是一个积极的威胁。

这是Ladd和她的团队使用Fluent最多的地方，跟踪和监测加油站通风系统中潜在的泄漏，以防止火灾。常规的系统检查对于NanoSUN来说尤其重要，因为它的加油过程同时涉及多个气缸。

大多数加油公司都使用醒酒技术，即从一个气缸向另一个气缸流动高压到低压，当两者达到平衡时停止。这种状态称为均衡。然而，这种技术只能部分填充接收筒。

NanoSUN标志性的先锋加氢站(HRS)是一种完全移动的自动化加氢解决方案，可将氢燃料直接输送到使用点，促进更有效和及时的分配。NanoSUN的级联系统采用标准的20英尺集装箱的形式，先锋HRS是满足客户氢燃料补给需求的一站式服务。现场操作只需要接地连接和230V电源。此外，每个单元都配备了备用电池。

其创新和便捷的运输方式使其适用于广泛的应用，包括氢动力公共汽车、货车和卡车;材料处理;还有建筑设备。它还可以作为传统氢气固定站的备用解决方案，用于车队演示，或作为网络扩展器。

特别是对于车队来说，NanoSUN的先锋HRS无需在其他站点为额外的压缩机或电解槽供电，从而节省了大量的时间和成本，如图2所示。

保持领先:安全第一与Ansys Fluent

Ladd在六个月前加入NanoSUN，由于她通过Ansys CFD软件的使用经验，她已经产生了影响Ansys学术计划作为英国剑桥大学的一名学生。在这个项目中，Ansys为大学提供打折的软件，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。因此，能够通过Ansys学术项目将我在大学期间所做的事情付诸实践，这真的很有趣。”“由于CFD建模对NanoSUN来说是一件很新的事情，这里可能只有三个人有这方面的经验，我认为这是我在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，该团队大约有50名员工，新员工的招聘速度很快。

Ladd的主要职责是检查NanoSUN燃料加注器的工程和安全计算，使用Ansys Fluent对整个开发阶段的氢气释放或泄漏以及潜在燃烧点等情况进行建模。由于氢是最轻的元素，而且扩散速度如此之快，Ladd和她的团队需要合适的工具来彻底观察它的行为。

Ladd说:“我们一直在使用Ansys Fluent进行复杂的发布。“由于氢气是一种浮力很强的气体，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，我们希望流动如何在其他圆柱体周围移动。我认为如果没有CFD，这些东西是无法建模的。”

此外，Ladd还分析潜在的燃烧点，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，并遵守相关的氢安全标准。

根据英国压缩气体协会(British Compressed Gas Association)的规定，氢气的安全距离包括:距离可燃气体储存库、点火源和燃料气体排气管道5米;并且距离员工办公室或人群聚集、易燃液体和通风机进风口8米。

这些预防措施对拉德的工作至关重要，并考虑到温度和辐射等变量。

其中一个例子是，Ladd和她的团队使用Ansys Fluent对热减压装置(tprd)进行建模，以预测由于气体释放而可能爆发火灾的温度。

Ladd使用欧洲工业气体协会(EIGA)热剂量中给出的热辐射指南，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伤害概率、暴露时间和热辐射强度的剂量。利用Ansys Fluent中内置的辐射模型，Ladd和她的团队使用EIGA数据计算了距离泄漏点不同距离处的辐射事件，并应用50%的安全系数来确定距离泄漏点的最小安全距离。

通过这些分析，工程师们能够预测、监测和预防灾难。

例如，该小组了解到，如果同时释放9个气瓶并点燃释放，则辐射危险距离为19米。或者，如果只有一个圆柱体通过TPRD释放，距离将只有1.5米。图3和图4显示了九个气缸通过TPRD系统点火释放的模型的输出。

NanoSUN工程师还对TPRD释放的对流热进行建模，将不同速度的风(如图5所示)与2D模型相结合，并使用3D模型计算容器周围的湍流(如图6所示)。

此外，研究小组在1.8米的恒定高度观察了水平面上的温度曲线(如图7所示)，这是EIGA推荐的在平均“头高”处的可燃影响点。

除了这些功能之外，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计划进一步探索，充分利用Ansys的软件和程序。

Ladd说:“我想我很想看看更多的细节，使用Ansys Fluent来模拟系统内部的流程，而不是在系统外部进行建模。”“模拟进入气缸和通过孔口的流动，比如它在塞流中的反应，将是非常有趣的。”

要了解有关Ansys Startup Program的更多信息，请查看其他信息在这里．