2. 수소탱크 저장실의 모델링 및 수치해석
2.8. 격자수 의존성 검토
Fig. 20 CFD Modeling의 mesh 단면
3. 해석 결과
3.1. 통풍용량에 따른 결과
앞서 밝힌 바와 같이 수소탱크 저장실에 적용 가능한 배기식 통풍장치를 모사하기 위해서 속도를 이용하여 배기구 영역에 경계조건을 설정하였다.
는 1시간에 수소탱크 저장실 체적의 30회 공기 교환이 가능한 조건이다. Table 11은 배기구 영역에서 속도에 따른 통풍용량을 나타낸 것이다. 이 장에서는 탱크의 Front 위치에서 수소가스 누출이 발생했을 때, 저장실의 급기구와 배기구의 위치를 Fig. 18과 같이 고정시키고 단지 통풍용량의 증가에 따른 결과를 분석하였다.Outlet velocity Ventilation capacity
Table 11 Ventilation capacity according to outlet velocity
3.1.1. 통풍용량에 따른 수소농도
Fig. 21은 통풍용량을 증가하면서 시간 경과에 따른 수소탱크 저장실 내부의 잔존하는 누출수소의 평균 몰분율을 나타낸 것이다. 초기 조건은 저장실 내의 수소가 없는 것이 설정되어 누출과 동시에 수소의 몰분율은 0 부터 증가하게 된다. 시간이 경과함에 따라 저장실 내의 몰분율의 값은 일정해지고 정상상태에 도달하게 되며 배기 속도가 의 경우에는 약 150초 이후에 정상 상태에 도달하지만 과
의 경우에는 그보다 더 빠른 약 50초 이후에 정상 상태에 도달하는 것을 알 수 있다.
의 경우에 정상상태에서 수소탱크 저장실 내의 잔존하는 수소 몰분율은 0.17이다. 그리고
의 경우에 수소 몰분율은 0.1로써수소의 몰분율은 0.009로써 통풍용량을 최소 규정의 2배에서 3배로 증가 하였을 때, 약 10% 정도 저장실 내의 수소농도가 감소하는 것을 알 수 있다.
이것은 저장실의 벽면과 내부에 배치된 수소탱크와의 공기저항이 통풍용량의 증가에 따라 선형적으로 증가되지 않기 때문으로 생각된다. 실제로 통풍용량의 증가는 소비전력의 증가와 관계되므로 저장실 내의 구조를 고려하여 적절한 통풍용량을 결정해야 한다. 본 연구에서는 통풍용량 최소규정의 2 배 조건인
가 본 해석대상의 범위 내에서 적절하다고 판단되어 이후의 모든 계산에 이를 적용하였다.Fig. 21 통풍용량에 따른 저장실 내의 수소 평균 몰분율
Fig. 22는 통풍용량 증가에 따른 수소탱크 저장실 내의 잔존하는 누출수소를 Volume Rendering 기능을 이용하여 몰분율 0~0.04의 범위로 나타낸 것이다. 공통적으로 보이는 특징은 수소의 가벼운 특성 때문에 누출수소가 수소탱크 저장실 상부에 집적되는 것이다. 그림으로 보아 배기구의 속도가 의 경우에는 다른 두개의 경우보다 상부의 적체되는 수소의 농도가 크다는 것을 알 수 있다.
와
의 경우에는 농도분포에 큰 차이가 없다.Fig. 22 통풍용량에 따른 저장실 내의 누출수소 농도분포
3.1.2. 통풍용량에 따른 속도분포
Fig. 23은 통풍용량 증가에 따른 수소누출영역의 수직단면에서 속도분포를 0~1 m/s의 범위로 나타낸 것이다. 뚜렷이 보이는 특징은 탱크 하부에 위치한 급기구로부터 유입되는 공기의 속도가 통풍용량의 증가에 따라 커지는 것이다. 배기속도