Boiling Liquid Expanding Vapor Explosions for liquid hydrogen

Abstract

(Google Translate) Denne oppgaven fokuserer på modellering av flytende hydrogen Boiling Liquid Expanding Vapor Explosions (BLEVEs). Denne terminologien identifiserer en katastrofal utslipp av dette ukonvensjonelle drivstoffet etter tap av inneslutningen. Dette arbeidet tar sikte på å øke kunnskapen om konsekvensene av slike eksplosjoner, ved å bruke data som er samlet inn fra avgjørende eksperimenter for å validere simuleringene. Konsekvensanalysen av "SH2IFT-prosjektet" og "Bursting Tank Scenario" eksperimentelle BLEVEs utføres som simulerer eksplosjonene for å verifisere påliteligheten til de implementerte fysiske modellene. For å fullføre modelleringen av det katastrofale bruddet av tanker med flytende hydrogen (LH2), tas forbrenningsprosessen i betraktning for å beskrive ettervirkningene av de simulerte ulykkene i form av overtrykk og impuls. Videre er det også diskutert den mulige involveringen av den endoterme reaksjonen av hydrogenpara-isomeren som omdannes til dens orto-isomerform. På denne måten er en ytterligere validering og konfrontasjon mellom modellene som for tiden brukes for konvensjonelle flytende drivstoff som propan og flytende petroleumsgass (LPG) mulig, ved å ta i bruk og tilpasse dem til det spesifikke tilfellet med en katastrofal utslipp av flytende hydrogen. Så det er mulig å betrakte denne oppgaven som delt inn i tre hovedtrinn: den første er analysen av de fysiske eksplosjonene med de foreslåtte modellene, den andre er tilpasningen av slike modeller for å ta hensyn til hydrogenforbrenning og den tredje og den siste er en analyse av para-ortho-reaksjonen som kan følge eksplosjonen. På slutten gjennomføres en konfrontasjon mellom de eksperimentelle dataene og de foreslåtte beregningene, som understreker de aspektene som fortsatt krever ytterligere studier, eksperimenter og dokumentasjon.

This thesis focuses on the modelling of liquid hydrogen Boiling Liquid Expanding Vapor Explosions (BLEVEs). This terminology identifies a catastrophic release of this unconventional fuel following the loss of its containment. The present work aims to enhance the knowledge on the consequences of such explosions, using the data collected from crucial experiments to validate the simulations. The consequence analysis of the "SH2IFT Project" and the ”Bursting Tank Scenario” experimental BLEVEs is carried out simulating the explosions to verify the reliability of the implemented physical models. To complete the modeling of the catastrophic rupture of liquid hydrogen (LH2) tanks, the combustion process is taken into account to describe the aftermath of the simulated accidents in terms of overpressure and impulse. Furthermore, it is also discussed the possible involvement of the endothermic reaction of the hydrogen para-isomer converting into its ortho-isomer form. In this way, a further validation and confrontation between the models currently used for conventional liquid fuels like propane and liquefied petroleum gas (LPG) is possible, adopting and adapting them to the specific case of a liquid hydrogen catastrophic release. So, it is possible to consider this thesis as divided in three major steps: the first one is the analysis of the physical explosions with the proposed models, the second one is the adaptation of such models to take hydrogen combustion into consideration and the third and last one is an analysis of the para-ortho reaction which may follow the explosion. At the end, a confrontation between the experimental data and the proposed calculations is carried out, underlining the aspects which still require further studies, experiments and documentation.