ウォーターカーテンによる吸収を伴う漏洩ガスの拡散解析#

気液二相流解析ソフトウェア　Advance/FrontFlow/MP 事例

概要#

有害ガスの漏洩事故が発生した場合の減災対策として、ウォーターカーテンによる有害ガス濃度の低減効果を解析した事例をご紹介します。本計算では、有毒ガスが水滴中で飽和モル濃度に達するまでの吸収過程を考慮しています。計算体系と境界条件は文献[1]を参考にしています。

参考文献

[1]秋吉,向山,倉敷,石丸,李,花木,"ウォーターカーテンによる吸収過程を考慮した漏洩気体の拡散挙動解析",安全工学シンポジウム講演予稿集(2019)308-311.

解析条件#

図１に計算格子と境界条件を示します。漏洩ガスはアンモニアガスとし、ウォーターカーテンを作動させる前の定常分布を初期値とし、ウォーターカーテン作動後10sのアンモニアガスの質量分率、水の体積分率、水滴中アンモニアモル濃度、気相速度、液相速度を求めます。

ウォーターカーテンによる吸収を伴う漏洩ガスの拡散解析
　　　　　　　　　　　　　図１　計算格子と境界条件　　　　

解析条件	設定値
ウォーターカーテンの噴射幅	20 mm
ウォーターカーテンの噴射位置（下面からの高さ）	150 mm
気体	空気とアンモニアガス
液体	水
アンモニアの飽和モル濃度（水滴に溶ける最大値）	1.8x10⁴ mol/m³
風の速度	3 m/s
アンモニアガスの漏洩速度（鉛直方向）	1 m/s
ウォーターカーテンの噴射速度（鉛直方向）	5 m/s
水滴径	1 mm
気液二相流の扱い	二流体モデル
乱流モデル	k-εモデル
重力加速度	9.80665 m/s²
次元	2次元
水平方向の格子数	171
鉛直方向の格子数	95
時間刻み	10^-3 s
現象時間	10 s
計算時間	1時間35分（CPU:2.3GHz, 6並列）

解析結果#

ウォーターカーテン作動前のアンモニアガスの質量分率と気相速度をそれぞれ図２と図３に示します。ウォーターカーテン作動後10sのアンモニアガスの質量分率、水の体積割合、水滴中アンモニアモル濃度、気相速度、液相速度を図４～図８に示します。ウォーターカーテン作動後、障壁の上流側と下流側でアンモニア質量分率の低減が見られます。また、水滴中アンモニアモル濃度は飽和モル濃度1.8x10⁴ mol/m³に達していないことから水滴はまだアンモニアガスを吸収できることがわかります。

ウォーターカーテンによる吸収を伴う漏洩ガスの拡散解析
　　　　　図２ウォーターカーテン作動前のアンモニアガスの質量分率