고압 수소탱크 폭발특성에 대한 단순모델 및 전산해석의 예측성능 비교 연구

• 영문명: Comparison of Predictive Performance Between Simple Models and Computational Analysis for High-Pressure Hydrogen Tank Explosion Characteristics
• 발행기관: 한국화재소방학회
• 저자명: 디네쉬 마일사미(Dinesh Myilsamy) 오창보(Chang Bo Oh)
• 간행물 정보: 『한국화재소방학회논문지』Vol.38 No.6, 23~32쪽, 전체 10쪽
• 주제분류: 공학 > 공학일반
• 파일형태: PDF
• 발행일자: 2024.12.31

국문 초록

본 연구에서는 고압 수소탱크 폭발에서의 과압과 충격량 분포특성을 분석하기 위해 단순모델을 이용한 계산과 전산해석을 수행하였다. 단순모델로는 Molkov의 단순모델과 TNT 등가법 두 가지가 이용되었으며, 전산해석에는 RANS기법을 적용한 OpenFOAM 코드가 이용되었다. 얻어진 결과로서 고압 수소탱크 폭발 시 압력파는 사방으로 전파되나, 바닥면과의 상호작용으로 인해 반사과압이 형성되며, 이는 특히 반경방향 과압분포에 큰 영향을 미친다는 것을확인하였다. 또한, 고온 화염영역은 폭발원 근처로 제한되며, 확산화염 형태의 화염대가 형성됨을 알 수 있었다. 단순모델은 반경방향과 축방향 거리에 따른 최대 과압분포를 잘 예측하였다. 그러나 수소탱크를 점 발생원으로 처리하기 때문에 반경방향과 축방향의 과압 및 충격량을 동일하게 예측하기 때문에 탱크의 직경과 길이의 비인 종횡비가큰 실제 고압 수소탱크에 대해서는 예측성능에 한계가 있을 수 있음을 확인하였다. 전산해석은 반경방향과 축방향모두에서 최대 과압분포에 대한 실험결과를 합리적으로 예측하였으나, 가까운 거리에서 반사과압에 대해 정확하게모사하는 것이 과압에 대한 예측성능을 높이는 데 중요한 요소임을 확인하였다.

영문 초록

In this study, the overpressure and impulse distribution characteristics of high-pressure hydrogen tank explosions wereanalyzed using simplified models and computational analysis. Two simplified models, Molkov’s model and the TNT-equivalentmethod, were employed, and a computational analysis was conducted using the OpenFOAM code with the Reynolds-averagedNavier-Stokes approach. The pressure wave propagated spherically during the explosion of the high-pressure hydrogen tank. However, the interaction with the ground generated a reflected overpressure, which had a significant influence on the radialoverpressure distribution. Furthermore, the high-temperature flame region was confined to the vicinity of the explosion source,and the flame was identified as a diffusion flame. The simplified models predicted the maximum overpressures in the radialand axial directions. As the simplified models treat the hydrogen tank as a point source, they predict the same overpressureand impulse values in both the radial and axial directions, which can limit the accuracy of real high-pressure hydrogen tankswith large aspect ratios (length-to-diameter ratios). Computational fluid dynamics analysis showed reasonable agreement forthe maximum overpressure of the experimental results in both the radial and axial directions. However, the accurate modelingof the reflected overpressure, particularly at close distances, is critical to improving the prediction accuracy for overpressureand impulse distributions.

목차

1. 서 론

2. 과압 및 충격량 계산을 위한 단순모델

3. 전산해석 방법

4. 결과 및 고찰

5. 결 론

후 기

References

키워드

High-pressure hydrogen Explosion CFD Overpressure Impulse