Numerische Simulationen thermodynamischer Prozesse in der Kammer eines Flüssigkeitskolbenkompressors für Wasserstoffanwendungen

Dieses Papier präsentiert die Ergebnisse numerischer Simulationen, die die thermodynamischen Prozesse während der hydraulischen Wasserstoffkompression unter Verwendung von COMSOL Multiphysics® 6.0 untersuchen. Diese Simulationen konzentrieren sich auf die Anwendung von Wasserstoffkompressionssystemen, insbesondere in Wasserstofftankstellen. Die rechnerischen Modelle nutzen die CFD- und Wärmeübertragungs-Module sowie die Technologie der deformierbaren Netze, um die Gaskompression und die Wärmeübertragungsdynamik zu simulieren. Die Überlagerungsmethode wurde angewendet, um die Analyse der Wechselwirkungen zwischen Wasserstoff und Flüssigkeitskolben innerhalb einer Edelstahlkammer zu vereinfachen, wobei der Wärmeübergang zwischen dem Wasserstoff, dem Arbeitsfluid und den Zylinderwänden berücksichtigt wurde. Die Studie untersucht die Auswirkungen variierender Kompressionshubzeiten und anfänglicher Wasserstoffdrücke und bietet detaillierte Einblicke in Temperaturverteilungen und den Energieverbrauch unter verschiedenen Bedingungen. Die Ergebnisse zeigen, dass der obere Bereich der Kammer eine signifikante Erwärmung erfährt, was den Bedarf an effizienten Kühlsystemen hervorhebt. Darüber hinaus zeigen die Simulationen, dass längere Kompressionshübe den Leistungsbedarf der Flüssigkeitsförderpumpen reduzieren, was Potenzial zur Optimierung des Systemdesigns und zur Senkung der Ausrüstungskosten bietet. Diese Studie liefert entscheidende Daten zur Verbesserung der Effizienz von hydraulischen Wasserstoffkompressionssystemen und ebnet den Weg für einen verbesserten Energieverbrauch und ein besseres Wärmemanagement in Hochdruckanwendungen.