Computational fluid dynamic modeling of methane-hydrogen mixture transportation in pipelines: Understanding the effects of pipe roughness, pipe diameter and pipe bends
Computational fluid dynamic modeling of methane-hydrogen mixture transportation in pipelines: Understanding the effects of pipe roughness, pipe diameter and pipe bends
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管道中甲烷-氢气混合物输送的计算流体动力学模型：了解管道粗糙度、管道直径和管道弯头的影响
DOI：
10.1016/j.ijhydene.2023.06.195
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发表时间：
2023
影响因子：
7.2
通讯作者：
Venkatesh, T.A.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Tan, Kun;Mahajan, Devinder;Venkatesh, T.A.
开发了一个计算流体动力学建模框架，以量化摩擦损失，评估运输的能源效率，并表征甲烷-氢气混合物在大型天然气网络（如传输，分配和家庭管道部分）的代表性区域的混合行为。本研究的主要结论是：（i）甲烷-氢气混合物输送氢气所需能量的增加取决于氢气的体积分数、流动条件的性质、管道直径、管道粗糙度和管道弯曲。(ii)具有较大表面粗糙度或较小直径或具有弯曲部分的管道需要更大的能量来输送气体混合物。(iii)甲烷-氢气混合物在稳态条件下形成核心-环形流动模式，其中密度更大且粘度更高的甲烷在管壁附近作为环形流动，而密度更小且粘度更低的氢气更多地集中在管道的中间部分。
A computational fluid dynamic modeling framework is developed to quantify frictional losses, assess the energy efficiency of transport, and characterize the mixing behavior of methane-hydrogen blends across representative regions of a large gas network such as transmission, distribution, and household pipeline sections. The principal conclusions from the present study are: (i) The increase in the energy required for transporting hydrogen as methane-hydrogen blends depends on the volume fraction of hydrogen, the nature of the flow conditions, pipe diameter, pipe roughness and pipe bends. (ii) Pipelines that have larger surface roughness or smaller diameters or those with bend sections require greater energy for transporting gas blends. (iii) The methane-hydrogen gas blends develop a core-annular flow pattern under steady state conditions with the denser and more viscous methane flowing near the pipe wall as the annulus while the less dense and less viscous hydrogen concentrated more towards the mid-sections of the pipelines.
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