earticle

영어

Hydrogen is eco-friendly and a critical resource in the energy transition due to the climate crisis. However, because hydrogen has a wider flammability limit range than other energy sources, it is crucial to maintain the hydrogen concentration in the air below the lower flammability limit. This study employs 3D computational fluid dynamics to examine the ventilation conditions necessary to maintain a low hydrogen concentration when a hydrogen leak occurs in a room containing hydrogen equipment, and confirm the effectiveness of the leakage cut-off. Based on the numerical results, it is confirmed that the hydrogen concentration in the room is affected by the leakage flow rate and vent conditions, and increases over time and stabilizes after reaching a certain level. Meanwhile, the numerical results confirm that cutting off hydrogen leakage is effective in reducing hydrogen concentration. The higher the hydrogen concentration at the time of leakage cut-off, the greater the rate of decrease in hydrogen concentrations. Moreover, the hydrogen concentration achieved over time is determined by ventilation conditions. Finally, a comparison of the results across all cases concluded that the leakage cut-off along with forced ventilation is essential for effectively reducing the hydrogen concentration after a hydrogen leak.

한국어

수소는 기후 위기에 따른 에너지 전환에서 핵심적인 친환경 자원이다. 그러나 수소는 타 에너지원에 비해 넓은 가연 한계 범위를 갖기 때문에, 대기 중 수소 농도를 가연 한계 하한 이하로 유지하는 것이 중요하다. 본 연 구는 수소장비를 포함하는 전용실 내 수소 누출 발생 시, 낮은 수소 농도 유지를 위해 요구되는 환기구 조건을 검 토하고, 누출 차단 효과를 확인하기 위해 3차원 전산유체역학을 통한 수치해석을 수행하였다. 수치해석 결과를 바 탕으로 전용실의 수소 농도는 누출 유량과 환기구 조건에 영향을 받았고, 시간의 경과에 따라 증가하다 일정 수준 에 도달 후에는 거의 증가하지 않았다. 이때 도달이 가능한 수소 농도는 수소 누출 유량이 높고, 환기구 개수가 적을수록 증가하였다. 한편, 수치해석 결과로부터 수소 누출 차단이 수소 농도 감소에 효과적임을 확인하였다. 수 소 농도의 감소 속도는 차단 시점의 수소 농도가 높을수록 높았으며, 달성이 가능한 수소 농도의 하한은 환기구 조건에 의해 결정되었다. 마지막으로, 모든 케이스 간 결과 비교를 통해 수소 누출 후 수소 농도의 효과적인 감소 를 위해서는 강제환기와 함께 수소 차단이 필수적임을 도출하였다.