صار تكييفُ المواقد والمراجل والتوربينات القائمة مع الهيدروجين أو خلائطه سؤالًا هندسيًا شائعًا. فالهيدروجين يختلف عن الغاز الطبيعي اختلافًا واضحًا في بضع خواصّ حرجة، وهذه الفروق تؤثر مباشرةً في فرضيات التصميم.
سرعة اللهب أعلى بكثير
سرعة اللهب الصفحية للهيدروجين تبلغ أضعاف نظيرتها للميثان. والنتيجة المباشرة:
خطر ارتداد اللهب. في الموقد المسبق الخلط قد يسير اللهب عكس الجريان نحو الأعلى ويدخل منطقة المزج. فسرعةُ مجرى المزج الآمنة مع الغاز الطبيعي قد لا تكون آمنة مع الهيدروجين. وهذا أكثر القيود مادّيةً عند التحويل إلى الهيدروجين.
درجة حرارة اللهب أعلى
ارتفاع درجة حرارة اللهب القياسية الكيميائية يعني أمرين: ارتفاع الفيوض الحرارية عند الجدران، وارتفاع أكاسيد النيتروجين الحرارية ارتفاعًا أسّيًا. والعلاج هو إفقار الخليط لخفض الحرارة، لكن ذلك يضيّق هامش الاستقرار. انظر ملاحظة أكاسيد النيتروجين وملاحظة استقرار اللهب.
الكثافة منخفضة جدًا
نقلُ الطاقة نفسها يستلزم تدفقًا حجميًا أكبر بكثير. وخطوطُ الوقود والصمامات والحاقنات القائمة مُحجّمة على حجوم الغاز الطبيعي؛ ومع الهيدروجين تصير الخطوط نفسها دون المقاس المطلوب أو يصير هبوط الضغط غير مقبول.
كما تعني الكثافة المنخفضة أن الغاز يصعد سريعًا عند التسرب ويتراكم عند السقف — وعلى تصميم التهوية مراعاة ذلك، وهو مسألة حمل طبيعي وانتشار.
طابع الإشعاع مختلف
لهبُ الهيدروجين لا يُنتج سخامًا، وبخارُ الماء هو الباعث المهيمن. والإشعاع الواصل إلى الجدار له بنية طيفية مختلفة عن بنية لهب الهيدروكربون؛ ونهجُ الغاز الرمادي المعاير على الهيدروكربونات يُنتج مع الهيدروجين خطأً منهجيًا [1]. انظر ملاحظة الإشعاع.
تحذير في النمذجة
تُحدث انتشاريةُ الهيدروجين العالية آثارَ انتشار تفضيلي: إذ ينحرف كسرُ الخليط الموضعي عمّا تتنبأ به فرضية كسر الخليط البسيطة. ولذلك تحتاج نماذجُ الاحتراق القائمة على المزج إلى عناية أكبر مع الهيدروجين.
المراجع
- Magnussen, B. F. & Hjertager, B. H. (1977). On mathematical modeling of turbulent combustion with special emphasis on soot formation and combustion. Symposium (International) on Combustion, 16(1), 719–729. DOI: 10.1016/S0082-0784(77)80366-4
- Modest, M. F. & Mazumder, S. (2021). Radiative Heat Transfer, 4th ed. Academic Press. ISBN 978-0-323-98406-5.