수소액체화의 온도는 천연가스에 비해 훨씬 낮으며, 이로 인해 더 복잡한 냉각 과정, 복잡한 액체화 프로세스, 큰 면적과 높은 투자 비용이 필요하다. 초음속 팽창을 이용한 액체화는 기체의 분리와 액체화에 대한 새로운 부상 기술로, 공정의 밀폐, 에너지 효율, 환경 보호 및 낮은 비용 등의 이점을 가지고 있다. 따라서 수소액체화 분야에 초음속 팽창 기술을 도입하고 이의 실행이 가능한지를 연구하고 있다. FLUENT 유체 역학 계산 소프트웨어의 SIMPLE 알고리즘과 k-ω 난류 모델을 기반으로 Gyarmathy 액체방울 성장 모델을 사용하여 1.05 MPa, 1.10 MPa, 1.15 MPa의 다양한 입력 압력 조건에서 수소의 초음속 유동과 응축 특성을 연구했다. 결과는 초고속 수소 팽창으로 인한 저온 효과로 인해 수소가 자발적으로 응축되어 짧은 거리에 빠르게 액체방울을 형성하여 초음속 수소액체화 기술의 실행 가능성을 확인했다. 수소 입력 압력의 증가는 라발 노즐 입구에서 수소의 과냉각을 효과적으로 증가시켜 가스 응축 시작점을 전진시키고 액체방울 크기를 증가시키며 라발 노즐 액체화 효율을 향상시킨다.

수소; 액체화; 초음속; 응축 특성; 라발 노즐