Hydrogen is a clean energy source, and blending it with natural gas in existing pipeline networks is a key transition solution for transportation cost reduction. However, during the transportation process, a non-uniform distribution of hydrogen concentration occurs in the pipeline due to gravity. Therefore, it is necessary to study the hydrogen concentration distribution law of hydrogen-blended natural gas in pipelines. The undulation and ball valve pipelines, which are common in transport pipelines, were constructed in this study. The effects of the undulation angle, height, pipeline diameter, ball valve opening, and temperature on the distribution of the hydrogen concentration were investigated using computational fluid dynamic (CFD) methods. The results indicated that the hydrogen concentration gradient changed gently with the larger diameter of the undulating pipeline, minimizing hydrogen accumulation. Higher undulation angle and smaller height differences reduces the hydrogen accumulation risk. Increasing vertical height difference of the pipeline from 5 m to 15 m increased the hydrogen volume fraction gradient by1.3 times. In the ball valve pipeline, the velocity fluctuation decreased as the ball valve opening increased. However, the hydrogen accumulation phenomenon was obvious. The opening increased from 25% to 100% and the hydrogen volume fraction gradient increased more than two times. Selecting delivery conditions with low hydrogen blending ratios, high temperatures, low pressures, and high flow rates reduces the occurrence of hydrogen buildup in the pipeline.

Hydrogen is a clean energy source with great potential for development. However, high delivery costs hinder the development of hydrogen energy. Large-scale and high-efficiency transportation of hydrogen can be achieved through natural gas pipelines. However, it also brings the risk of high concentration of hydrogen aggregation. Therefore, it is necessary to study the mixing efficiency and mixing uniformity of natural gas and hydrogen. Venturi is an efficient gas mixing device. In this paper, the Venturi is modeled and simulated based on Fluent simulation software. The mixing characteristics were studied by changing the inlet angle of the branch tube. The results show that with the increase of inlet angle, the flow direction of methane and hydrogen gradually changes from co-flow to back-flow. This accelerates the friction and collision of the fluid, resulting in energy loss. At the same time, the pressure loss of the model increases. However, the mixing distance of hydrogen mole fraction is shortened from 9.5D to 8.7D. There are high speed zones and low speed zones in the straight tube section of the model, and the velocity stratification phenomenon appears. The research results provide a reference for the structural design and mixing characteristics of the hydrogen-mixed natural gas Venturi Tube.