TRUST – Sichere Wasserstoff-Trailer für den Mittelstand

Problematisch sind lokale Temperaturmaxima (z.B. Hotspots) und die Temperaturschichtung, die sich beim Befüllvorgang innerhalb des Speichers entwickeln. Größe, Lage sowie die Abweichung von der Gasdurchschnittstemperatur im Speicher hängen hierbei von geometrischen als auch Befüllparametern ab. Überschreitungen der maximal erlaubten Gastemperaturen (meist +85°C) können zu einer thermischen Überlastung des Linermaterials führen. In der Praxis sind die lokalen Temperaturphänomene jedoch nicht feststellbar und können somit sicherheitskritisch sein.

Im Vorhaben sollen mit Versuchen und CFD-Simulationen die Einflüsse der verschiedenen Parameter näher untersucht werden. Das Wasserstoff-Testfeld des ZBT – Zentrum für BrennstoffzellenTechnik bietet dafür die nötige Plattform für die Durchführung der benötigten Messungen zur Validierung der Simulationen. Letztere werden am Lehrstuhl für Fluiddynamik (LFD) der Universität Duisburg-Essen durchgeführt, die sich im Bereich der Large-Eddy-Simulationen (LES) spezialisiert haben. Die LES liefern präzise Vorhersagen zu Temperaturfeldern, Hotspots und möglichen Grenzschichtablösungen. Diese Simulationen sind sehr rechenintensiv und benötigen Hochleistungsrechner, die dem Lehrstuhl zur Verfügung stehen. Selbst auf Hochleistungsrechnern, nehmen diese mehrere Wochen in Anspruch.

Ergebnisse aus der LES sollen für die Validierung von weniger rechenintensiven Berechnungen auf Basis von Reynolds-Averaged-Navier-Stokes (RANS) Gleichungen dienen, die es ermöglichen vereinfachte 0D/1D-Modelle herzuleiten, die eine schnelle Analyse von Befüllprozessen ermöglichen. Hierzu wird das vorhandene HRS-Modell des ZBT genutzt, welches als Auslegungstool für Wasserstoff-Füllanlagen entwickelt wurde.

Im Bereich der Messungen weist das ZBT durch verschiedenste F&E-Projekte (z.B. EU-PRHYDE) Erfahrungen auf, die im Vorhaben genutzt werden können. So werden vorhandene Test-Speicher, die mit spezieller Messtechnik zur Aufnahme der Temperaturfelder im Inneren der Tanks ausgestattet sind, verwendet. Die auf dem Wasserstoff-Testfeld aufgebaute Anlage ermöglicht eine individuelle und versuchsspezifische Parametrierung zur Nachbildung realistischer Betankungsszenarien.