CFD analysis of the effect of hydrogen jet flame in road tunnel

도로 터널 내 수소 제트 화염에 대한 CFD 해석 연구

Domestic eco-friendly vehicles currently account for 5.8% of the total registered vehicles in Korea. Hydrogen vehicles, one of the representative eco-friendly vehicles, have grown rapidly as they have been expanded to the market based on the government's policy to boost the hydrogen industry. Therefore, it is time to expand the safety review of hydrogen vehicles in various directions according to the increase in supply. In this study, the effect of internal heat damage was analyzed when a jet flame was generated by a hydrogen car in a road tunnel. It was simulated using Fluent, and the amount of jet flame injection was selected in consideration of the hydrogen tank capacity of commercial hydrogen vehicles for road tunnels. In addition, the study was conducted with the direction of the jet flame and the nozzle distance from the tunnel wall as variables. From the results, when the jet flame erupted in the road tunnel, high radiant heat emission of more than 20 kW/m² was generated in most areas within ±5 m in the longitudinal direction based on the vehicle (spray nozzle) and 5 to 7 m in the lateral direction based on the adjacent tunnel wall.

국내의 친환경차는 현재 국내 총 등록차량 중 5.8% 비중을 차지하고 있으며, 대표적 친환경 차량 중 하나인 수소차는 정부의 수소 산업 부양 정책을 근간으로 시장에 보급 확대되어 현재 26,719대의 보급량을 기록하며 초년 대비 300배로 성장했다. 따라서, 보급 증가에 따른 수소차에 대한 안전성 검토 및 확보가 다방면에서 확대되어야 하는 시점이다. 본 연구에서는 수소차가 통행하는 반밀폐 공간 중 하나인 도로터널에서 수소차에 의한 제트화염 발생시 내부의 열 피해 영향에 대해 분석하였다. 상용코드인 Fluent를 사용하여 시뮬레이션하였으며, 마제형 터널을 대상으로 상용 수소차의 수소탱크 용량을 고려하여 제트 화염 분사량을 선정하였다. 또한, 제트화염의 방향 및 터널 벽면과의 거리 등을 변수로 하여 연구를 수행하였다. 그 결과로부터 도로 터널 내 제트화염 분출시 방향에 따라 일부 차이가 있으나 차량(분사 노즐) 기준 종방향으로 ±5 m, 인접한 터널 벽면 기준 횡방향 5~7 m 이내에서는 대부분의 구역에서 20 kW/m² 이상의 높은 복사열 방사가 발생되었다.