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室内での水素爆発解析(3次元)

エネルギー分野において水素に対するニーズが高まると共に、水素を取り扱う工場等における安全性の評価も重要となる。ここでは、燃料電池または水素貯蔵庫等から水素が漏洩し、室内天井部付近に水素-空気混合気が溜まった状態で、電灯等のショートにより着火・爆発した場合の事故を想定した。
本解析では、AUTODYNを用いて水素-空気混合気の爆発による室内での圧力波伝播状況を模擬した。なお、室内を直方体形状と仮定し、3次元-1/4体系で解析を行った。また、室内の壁面、床、及び天井は変形しないものと仮定した。

解析条件

• 空間(空気、水素-空気混合気
  • 直方体形状 ： 3次元　1/4体系　(幅(W) = 奥行き(L)=高さ(H) = 5m)
  • Euler ソルバー
  • 周囲の空気は大気圧
  • 天井部に数百Ｌの水素が漏れ出た状態を想定
  • 水素-空気混合気は化学量論比で一様に混合された状態で半球状に分布
    (H₂：O₂：N₂ = 2：1：4)
• 水素-空気混合気の着火点は天井部中央
• 境界条件は天井・壁面・床いずれも剛境界
• 床の隅、床中央の2点に圧力出力点(Gauge)を設置
• インパルスは過剰圧分を時間積分して算出。ただし、積分は爆風の第一波が大気圧まで低下した時刻までとし、それ以後は評価していない。
• 解析結果は半体系、および全体系で表示