水素ガス爆発影響予測シミュレーション

本格的な水素社会の到来に備え水素関連施設の安全性と経済性の向上を目的に開発された、水素ガス爆発の影響を予測するシミュレーションシステムです。設計者は、このシステムで算定される予測結果を考慮して、安全性と経済性を備えた施設の意匠・構造計画を策定することが可能になります。

概要

開発に当っては、広く活用されている、空気の流れやガス拡散を予測する数値流体解析プログラムに水素ガスの燃焼過程を精度よく予測する解析モデルを組み込み、実用的なシステムに仕上げていきました。このシステムにより、漏洩した水素ガスの拡散過程を捉えながら、着火点から火炎が徐々に拡大し、爆風圧が壁・天井などに反射しながら伝搬していく状況を計算し、壁や天井に作用する圧力を経時予測することが可能になりました。入力するデータは、建物形状、窓や扉などの開口の位置・大きさ、水素ガスの漏洩量、着火点などです。設計者は、シミュレーションを繰り返すことにより、建物形状や開口の大きさ・位置、構造形式を検討し、安全性と経済性を追求します。シミュレーションに要する時間は、1パターンにつき1～2週間程度です。

予測精度

システムの予測精度については、当社が開放空間で実施した爆発実験、および第三者が半閉鎖空間で実施した爆発実験（論文で公表）を対象に検証解析を実施し、確認しています。
開放空間を対象とした検証解析では、水素濃度30%の混合ガス5.3m³の着火・爆発により、着火点に正対する鉄筋コンクリート製壁（幅10m、高さ2m、厚さ15cm、着火点からの距離5m）が受けた爆風圧の実験データと予測値を比較、半閉鎖空間を対象とした検証解析では、幅4.6m、奥行き4.6m、高さ3.0m、壁の一面に面積5.4m²の正方形の開口部を設けた建屋内部に、水素濃度18％の混合ガスを満たして着火・爆発させた際の火炎の伝播速度、及び室内圧の実験データと予測値を比較しました。
室内圧の予測値についてはやや誤差が認められましたが、いずれも高い精度で一致しています。