고압 수소탱크 형상의 종횡비가 폭발특성에 미치는 영향에 대한 전산해석 연구

• 영문명: Computational Study on the Effect of Aspect Ratio of High-Pressure Hydrogen Tank on Explosion Characteristics
• 발행기관: 한국화재소방학회
• 저자명: 박예도(Yedo Park) 오창보(Chang Bo Oh)
• 간행물 정보: 『한국화재소방학회논문지』Vol.39 No.2, 35~43쪽, 전체 9쪽
• 주제분류: 공학 > 공학일반
• 파일형태: PDF
• 발행일자: 2025.04.30

국문 초록

본 연구에서는 OpenFOAM을 활용한 전산해석을 통해 70 MPa 고압 수소탱크의 종횡비에 따른 폭발 특성을 분석하였다. 탱크의 체적(175 L)과 저장된 수소 질량(7.26 kg)은 고정하고, 종횡비가 1.0 (구형)에서 10.0 (세장형)까지 네가지 형태의 수소탱크를 대상으로 과압과 충격량의 시간적, 공간적 분포를 분석하였다. 해석결과, 종횡비가 증가할수록 초기 폭풍파는 축방향보다 반경방향으로 더 강하게 전파되며, 반경 및 축방향 모두에서 최대과압과 충격량은 거리 증가에 따라 급격히 감소하다가 지면에 의한 반사과압의 영향으로 특정 거리에서 다시 상승하는 것을 확인하였다. 특히, 반사과압은 반경방향에서는 종횡비가 클수록 증가하는 반면, 축방향에서는 오히려 감소하는 경향을 보였다. 또한 종횡비가 커질수록 폭풍파는 축방향에서 더 빠르게 소산되어, 반사과압과 최대과압이 더 작아지는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 수소탱크 형상이 폭발거동에 미치는 영향이 크다는 것을 보여주며, 수소 인프라의 안전한 설계 및 피해저감 전략수립에 유용한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 보인다.

영문 초록

The explosion characteristics of 70 MPa high-pressure hydrogen tanks with varying aspect ratios were investigated using OpenFOAM computation. The tank volume (175 L) and stored hydrogen mass (7.26 kg) were fixed, and four tank geometries with aspect ratios ranging from 1.0 (spherical) to 10.0 (elongated) were analyzed to examine the spatial and temporal distributions of the overpressure and impulse. The results show that, as the aspect ratio increases, the initial blast wave pressure propagates more strongly in the radial direction than in the axial direction. In the radial and axial directions, the peak overpressure and impulse rapidly decrease with distance, followed by a secondary increase owing to the pressure reflected from the ground. The reflected pressure increases with the aspect ratio in the radial direction but decreases in the axial direction. Moreover, the blast wave dissipates more quickly in the axial direction as the aspect ratio increases, resulting in lower reflected and peak pressures. These findings highlight the significant impact of tank geometry on explosion behavior and offer valuable insights for safe design and mitigation strategies of hydrogen infrastructure.

목차

1. 서 론

2. 전산해석 방법

3. 결과 및 고찰

4. 결 론

후 기

References

키워드

High-pressure hydrogen Explosion OpenFOAM Aspect-ratio effect Overpressure