TBHQ抗氧化剂对氢强化废弃食用油生物柴油CRDI发动机性能影响的CFD模拟研究

为解决氢能储存中因热泄漏导致的蒸发损失(boil-off)和自增压(self-pressurisation)问题，研究人员通过CFD模拟系统研究了液氢(LH2)低温储罐的多相流、热传递及质量传输机制。研究发现，模拟结果对流体热物性和边界条件高度敏感，而传质模型中的可变系数对精度影响较小。该研究为氢能安全存储和碳中和目标提供了关键技术支撑。

　　

在全球131个国家制定碳中和目标的背景下，氢能作为零碳能源载体面临储存难题——液氢(LH₂)在-253°C的极低温下会因热泄漏产生持续蒸发(boil-off)，导致储罐压力骤增(self-pressurisation)，可能引发爆炸事故。更棘手的是，这种现象会伴随热分层(thermal stratification)、自由对流等复杂流体行为，传统实验方法成本高昂且难以捕捉动态细节。

研究人员通过计算流体力学(CFD)技术，对LH₂储罐开展多物理场耦合模拟，重点解决三大挑战：1) 气液界面传质模型选择；2) 湍流阻尼参数设定；3) 大型储罐长期行为预测。采用包含共轭热传递(conjugate heat transfer)的多相瞬态模拟，考察了晃荡(sloshing)、重力变化等工况对流体动力学的影响。

关键技术包括：1) 基于VOF(Volume of Fluid)方法的气液两相流模拟；2) 耦合蒸发-冷凝相变模型；3) 针对低温流体的热物性参数优化；4) 真空绝热储罐的边界条件设定。研究特别验证了BoilFAST简化模型与全尺度CFD结果的差异性。

CFD研究概述
通过分析球形杜瓦罐案例发现，储罐尺寸与蒸发损失呈反比——容积每增大10倍，boil-off率下降约67%。研究强调热扩散系数α=κ/(ρ·c_p)对气相升温速率的决定性影响。

总结与结论

1. 热物性参数误差会导致压力预测偏差达30%，而传质系数变化仅引起<5%波动；
2. 晃荡工况下热分层现象加剧，需采用动网格技术捕捉自由液面运动；
3. 正交-仲氢转化(ortho-to-para conversion)的放热效应在长期模拟中不可忽略。

该研究为国际氢能设施设计提供了关键仿真方法论，论文发表于《International Journal of Hydrogen Energy》。研究团队特别指出，未来需开发适用于千米级储罐的降阶模型，并建立包含核自旋效应的新型传热方程。成果对航空航天、能源等领域的超低温流体管理具有普适指导价值。