2. 수소탱크 저장실의 모델링 및 수치해석
3.3. 급기구 위치 및 크기 변화에 따른 결과
3.3.3. 급기구 크기에 따른 수소농도
Intake position
Hydrogen gas leakage point
Average Standard deviation
Top Bottom Front Rear Side
Intake-1 0.0051 0.0186 0.0067 0.0098 0.0075 0.0095 0.0053 Intake-4 0.0045 0.0177 0.0062 0.0079 0.0058 0.0084 0.0053 Intake-5 0.0043 0.0169 0.0059 0.0076 0.0055 0.0080 0.0051
Table 18 Hydrogen molar fraction(Intake-1, 4, 5) according to leakage and ventilation position
Fig. 50 급기구 크기에 따른 수소 평균몰분율과 표준편차
Vent position
Hydrogen gas leakage point Average [m/s]
Top Bottom Front Rear Side
Intake-1 0.121 0.135 0.138 0.133 0.127 0.131
Intake-2 0.085 0.139 0.076 0.104 0.095 0.099
Intake-3 0.078 0.159 0.125 0.114 0.094 0.114
Intake-4 0.081 0.101 0.091 0.090 0.081 0.088
Intake-5 0.055 0.085 0.061 0.074 0.061 0.067
Table 19 Average velocity(Intake-1~5) according to leakage point and ventilation position
Fig. 51 급기구 높이와 크기에 따른 저장실 내의 평균속도
Fig. 50은 Table 18의 데이터를 바탕으로 급기구 크기 증가에 따른 저장실 내에 잔존하는 누출수소의 평균몰분율과 그 표준편차를 함께 나타낸 것이다. 급기구의 면적이 가장 큰 Intake-5의 조건에서 가장 적은 평균몰분율을 나타내고 있지만 급기구 높이에 따른 결과와 비교할 때 그 차이는 미미하다.
Table 19는 저장실 내부에 형성되는 기류의 평균속도를 나타내며 Fig. 51은 이 데이터를 바탕으로 급기구 높이와 크기에 따른 평균속도를 비교한 것이다. Intake-1, 2, 3은 급기구 높이 증가에 따른 조건이며 Intake-1, 4, 5는 급기구 크기 증가에 따른 조건이다. 급기구 크기 증가에 따른 평균속도 감소폭이 급기구 높이 증가에 따른 감소 폭 보다 크게 나타난다. 그 이유는 같은 통풍용량에서 급기구의 크기가 증가함에 따라 유입되는 공기의 속도가 현저하게 감소하기 때문이다. 이것은 급기구 영역의 수평 단면적과 배기구 영역의 수평단면적의 속도분포를 0~1 m/s의 범위로 나타낸 Fig. 52를 통해 확인할 수 있다. 구체적으로 급기구 크기에 따른 저장실 내의 속도분포를 살펴보면 Fig. 53과 같이 나타난다. 공통적으로 보이는 특징은 좁은 급기구를 통해 유입되는 공기의 속도가 높고 이후 높이가 증가할수록 기류의 속도가 감소하다가 배기구 영역에서 다시 단면적이 감소하면서 배출되는 기류 속도가 급격하게 증가하는 것이다. 이를 그래프로 나타내면 Fig. 54와 같다. Intake-5의 조건에서는 저장실 내에 급기구와 배기구 영역을 제외하고는 높이에 따른 평균속도의 차이가 거의 없다. 이것은 저장실 내의 형성되는 기류의 세기가 상대적으로 약하다는 것을 나타내며 누출수소의 신속한 배출 측면에서 불리하다고 판단된다. Fig. 55는 탱크의 Bottom 위치에서 수소가스가 누출할 경우, 저장실의 상부에서 아랫방향으로 내려다보는 시각에서 탱크저장실 바닥 면의 수소가스 농도분포를 수소몰분율 0~0.04의 범위로 나타낸 것이다.
수소가스의 폭발범위가 4~76 vol%임을 감안하면 급기구의 크기가 큰 Intake-4, 5의 조건에서 Intake-1에 비해 수소가스의 가연범위가 누출위치와 가깝고 넓게 분포함을 알 수 있다. 이를 통해서 급기구 크기가 큰 Intake-4, 5의 조건이 저장실 내의 잔존하는 누출수소의 농도를 다소 감소시킨다 할지라도 폭발의 위험성을 고려하면 불리한 조건이라고 생각된다.
Fig. 52 급기구 크기에 따른 수평단면의 속도분포
Fig. 53 급기구 크기에 따른 수직단면의 속도분포
Fig. 54 급기구 크기변화에서 저장실 내 높이에 따른 속도분포