温湿度对空气中氢气扩散过程的影响

曹鹏 梁文清 钱华 郑晓红

东南大学能源与环境学院

0 引言

氢气是一种很有发展前景的清洁能源，它 被广泛应用于航天发射、清 洁能源、化 学工业、燃 料电池等领域[1]。但是，在 氢气的生产，储 存，运 输和使用的过程中，氢 气都有可能发生泄露。泄露的氢气与周围空气混合，当 氢气的体积分数为 4.1%～75%时[2]，就 有可能发生燃爆。

氢气泄露的研究，目前主要分为实验，C FD 模拟与数学模型。已有实验虽然记录了环境温湿度，但 是没有研究温湿度的不同对扩散过程的影响[3～5]，C FD 模拟与数学模型也缺乏相关实验数据进行支撑[6～8]。本文的主要内容，就 是探究短时间内垂直向上泄露的氢气在空气中的扩散特性，并 通过改变环境温度、湿 度等，探究它们对氢气泄露扩散的影响，实 验所得结果也可作为其它CFD 模拟与数学模型的数据支撑。

1 实验

该实验主要模拟的是氢气发生短时间泄露时的情况。氢气的扩散主要与浮力和扩散系数有关，在 标准温度和标准压力的情况下，氦 气浮力与空气密度的比值为86%，氢 气浮力与空气密度的比值为93%，氦 气在空气中的扩散系数为0.697 cm2/ s，氢气在空气中的扩散系数为0.756 cm2/ s，它 们的物理性质相似[9]。并且氦气没有燃爆风险，已 有的实验也证明氦气泄露后形成的浓度场与氢气泄露后形成的浓度场相近[5]，所 以使用氦气代替氢气进行实验。

1.1 实验装置

氦气泄露实验在多功能环境及气流模拟舱（下文简称为环境舱）（图1）中进行。环境舱内部为一长方体，内侧长为4 m，宽为 3.7 m，高为 2.7 m，体积为39.96 m3。……