암모니아 누출 시 거동 및 저감효율 산정
CFD Silumlation of Ammonia Dispersion and Mitigation
- 주제(키워드) NH3 , Water Spray , CFD , Mitigation factor , DPM
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 정승호
- 발행년도 2018
- 학위수여년월 2018. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 환경안전공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000027365
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
액화된 가스의 경우 누출 시 2개의 상으로 분출되며 이에 따른 가스운이 형성된다. 이러한 가스운은 풍속이 적은 지표면에서 생성되어 더 큰 피해를 야기한다. 따라서 이러한 가스운을 저감시키기 위해 Water Spray, Physical Barrier 등의 저감 장치를 이용한다. 이 중 Water Spray는 가장 경제적인 방법 중 하나이며 이와 관련된 연구는 다수 진행 중이다(H.H. Schoten and M. Molag, 2000; Karin Hald, 2005; Morshed A. Rana, 2010; Chao Cheng, 2014). 본 연구에 사용된 Water Spray의 종류는 Flat nozzle와 Cone nozzle 두 종류이며 Cone nozzle에 대하여 누출량, 누출 각도, 누출 속도 등에 따른 암모니아 가스 농도 변화를 비교하였다. 총 5개의 nozzle을 선정하였으며 Flat과 Cone 1~4로 구분하였다. Water Spray의 누출 조건 및 형상의 경우 Chao Cheng(2014)의 연구를 참고하였고 nozzle의 설치위치는 누출지점으로부터 30 m로 가정하였다. 대표적인 Computational Fluid Dynamic (CFD) software인 ANSYS Fluent 18.0와 Gambit 2.4.6을 통하여 유체해석과 도메인 설정을 진행하였고 암모니아 가스의 정상상태 유동으로 가정하여 결과를 도출하였다. 연구에 사용된 암모니아 실험은 1985년 Goldwire에 의해 진행된 Desert Tortoise Trial이며 도메인은 900 m x 30 m, 20 m로 설정하였다. 대표적인 난류 모델인 k- 모델을 사용하여 암모니아 가스의 확산을 계산하였고 Lagrangian Discrete Phase Model (DPM)을 이용하여 Water Spray의 효과를 적용하였다. Flat보다 Cone의 경우 농도 저감효율이 크게 나타났으며 누출 각도가 클수록, 누출량이 클수록 암모니아 농도의 감소 폭이 증가함을 보였다.
more초록/요약
In the case of liquefied gas, it is ejected into two phases upon leakage, resulting in gas cloud formation. These gas clouds are generated on the surface with less wind velocity and cause more damage. Therefore, a reduction device such as a water spray or physical barrier is used to reduce the gas cloud. Water Spray is one of the most economical methods and many researches are in progress (H. Schoten and M. Molag, 2000; Karin Hald, 2005; Morshed A. Rana, 2010; Chao Cheng, 2014). Two types of water spray used in this study are flat nozzle and cone nozzle, and the change of ammonia gas concentration in cone nozzle according to leakage amount, angle, leakage velocity, etc. A total of 5 nozzles were selected and classified as Flat and Cone 1 ~ 4. In case of water sprays leakage condition and shape, we refer to the study of Chao Cheng (2014) and assumed that the installation position of the nozzle is 30 m from the leakage point. Fluid analysis and domain setting were performed through ANSYS Fluent 18.0 and Gambit 2.4.6, which are representative Computational Fluid Dynamic (CFD) software, and the results were derived assuming steady state flow of ammonia gas. The ammonia experiment used in this study was a Desert Tortoise Trial conducted by Goldwire in 1985 and its domain was set to 900 m x 30 m and 20 m. The diffusion of ammonia gas was calculated using the k-epsilon model, which is a typical turbulence model, and the effect of water spray was applied using the Lagrangian Discrete Phase Model (DPM). The concentration reduction efficiency was higher in Cone than Flat, and the larger the leakage angle, the larger the leakage amount, the greater the decrease in ammonia concentration.
more목차
I 서론 1
1. 연구배경 및 필요성 1
I 문헌연구 3
1. 암모니아 누출 사고 3
2. CFD를 통한 가스 농도 저감 사례 6
II CFD의 적용 9
1. 배경 이론 9
2. 지배방정식 10
3. DPM의 사용 12
III 암모니아 누출 실험 16
1. Desert Tortoise Trial 16
2. Water Spray 21
IV 결과 23
1. Validation 23
2. Water Spray를 통한 저감효율 산정 26
2-1. 노즐에 따른 암모니아 농도 변화 30
2-2. 누출 각도에 따른 암모니아 농도 변화 34
2-2-1. Cone 1과 4 nozzle의 비교 35
2-2-2. Cone 2과 3 nozzle의 비교 38
3. 누출률에 따른 암모니아 농도 변화 42
V 결론 45
VI 참고문헌 47
Abstract 50
