FLACSによる爆発シミュレーション / explosion simulation using flacs.
- 2. 2 FLACS • FLACS*はノルウェーのGexCon社が開発した、水素や可燃性ガスの燃焼爆発危険性解 析のためのソフトウェアです。可燃性ガスの漏洩過程と燃焼爆発、気体放出、粉じん爆発 、変圧器やスイッチの油の火災・爆発などの解析が行えます。 ● 水素・可燃性ガスなどの漏洩・燃焼爆発危険性解析ソフトウェア ● *FLame ACceleration Simulator • 数多くの実験結果に基づいたモデルを用いることで、極めて精度の高いシミュレーション結果を得られること から、燃焼爆発事故に関する事故調査・予測について安全試験やリスクアセスメントに使用されています。こ の他、爆発伝播解析や気体・エアゾール等の拡散解析、粉塵爆発解析などの各種ツールを用いることで、あ らゆる方面からの爆発（事故）等の安全に係る現象を再現・予測することに適しています。
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- 7. 7 http://www.gexcon.com/flacs-software/article/cfd-validation 燃焼爆発の Validation の一例
- 8. 株式会社 爆発研究所 8 2014.02.03 8 静岡駅前地下街爆発事故の検証実験とFLACSシミュレーション 静岡駅前地下街爆発事故 http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%9D%99%E5%B2%A1%E9%A7%85%E5%89%8D%E5%9C%B0%E4%B8%8B%E8%A1%97%E7%88%86%E7%99%BA%E4%BA%8B%E6%95%85 2014.03.21 フジテレビ特別報道番組で、検証実験&解析結果を放映 火炎は、地下 → 地上1F → 2F 地下は密閉空間、地上1F もシャッターが降りていて、ほぼ密閉状態 実際の爆発がどのようなものであったかを検証する目的で、小規模モデルを製 作、爆発実験を行ったが、実験に先立ち、FLACSでシミュレーションを行った 小規模と実規模との比較 仕切り壁ありなし 一端開放か密閉化 合計8ケースの計算 (事故は都市ガスによるものでしたが、実験はメタンガスで行いました)
- 9. 9 ● メタン燃焼熱 = 890 kJ/mol ● 量論混合比の混合ガス(メタン9.5%)に対しては、 890 kJ /10.54 mol = 3720 kJ/m3 = 0.89 kg TNT/m3 メタン/空気量論混合ガス 空気中のメタン = 9.5% 燃焼エネルギーは、0.89kg TNT/m3 メタンガスの量論混合比 (Equivalent Ratio: ER)
- 11. 11 検証ケース 検証用に下記8ケースを解析しました。 空間サイズ：5×3×30m 仕切板なし 仕切板あり 密閉 A-1 (No.100000) A-2 (No.100001) 開放 A-3 (No.100020) A-4 (No.100021) 空間サイズ：0.5×0.3×3m 仕切板なし 仕切板あり 密閉 B-1 (No.000000) B-2 (No.000001) 開放 B-3 (No.000020) B-4 (No.000021) 解析結果のまとめとして、圧力の時刻歴を下記の組み合わせで比較しました。 • • １）A-1・A-2：5×3×30mの密閉空間での仕切板あり・なしの比較 • ２）A-1・A-3：5×3×30m（仕切板なし）の密閉空間と開放空間の比較 • ３）A-2・A-4：5×3×30m（仕切板あり）の密閉空間と開放空間の比較 • ４）A-2・B-2：仕切板がある場合での、密閉空間の広さによる比較 • ５）A-4・B-4：仕切板がある場合での、開放空間の広さによる比較 ※（）内はFLACSのケースナンバー
- 12. 12 解析結果 比較1）仕切板あり・なしの比較（5×3×30m・密閉） A-1 (No.100000) A-2 (No.100001) A-1(No.100000)とA-2(100001) の • 圧力の時刻歴 空間サイズ：5×3×30m 仕切板なし 仕切板あり 密閉 A-1 (No.100000) A-2 (No.100001) 開放 A-3 (No.100020) A-4 (No.100021) 空間サイズ：0.5×0.3×3m 仕切板なし 仕切板あり 密閉 B-1 (No.000000) B-2 (No.000001) 開放 B-3 (No.000020) B-4 (No.000021)
- 13. 13 解析結果 比較1）仕切板あり・なしの比較（5×3×30m・密閉） A-1 (No.100000) A-2 (No.100001) A-1(No.100000)とA-2(100001) の • 圧力の時刻歴 空間サイズ：5×3×30m 仕切板なし 仕切板あり 密閉 A-1 (No.100000) A-2 (No.100001) 開放 A-3 (No.100020) A-4 (No.100021) 空間サイズ：0.5×0.3×3m 仕切板なし 仕切板あり 密閉 B-1 (No.000000) B-2 (No.000001) 開放 B-3 (No.000020) B-4 (No.000021)
- 14. 14 解析結果 比較2）密閉空間と開放空間の比較（5×3×30m・仕切板なし） A-1 (No.100000) A-3 (No.100020) A-1(No.100000)とA-3(100020) の • 圧力の時刻歴 空間サイズ：5×3×30m 仕切板なし 仕切板あり 密閉 A-1 (No.100000) A-2 (No.100001) 開放 A-3 (No.100020) A-4 (No.100021) 空間サイズ：0.5×0.3×3m 仕切板なし 仕切板あり 密閉 B-1 (No.000000) B-2 (No.000001) 開放 B-3 (No.000020) B-4 (No.000021)
- 15. 15 解析結果 比較3）密閉空間と開放空間の比較（5×3×30m・仕切板あり） A-2 (No.100001) A-4 (No.100021) A-2(No.100001)とA-4(100021) の • 圧力の時刻歴 空間サイズ：5×3×30m 仕切板なし 仕切板あり 密閉 A-1 (No.100000) A-2 (No.100001) 開放 A-3 (No.100020) A-4 (No.100021) 空間サイズ：0.5×0.3×3m 仕切板なし 仕切板あり 密閉 B-1 (No.000000) B-2 (No.000001) 開放 B-3 (No.000020) B-4 (No.000021)
- 16. 16 解析結果 比較4）空間の広さによる比較（仕切板あり・密閉） A-2 (No.100001) B-2 (No.000001) A-2(100001)とB-2(No.000001) の • 圧力の時刻歴 空間サイズ：5×3×30m 仕切板なし 仕切板あり 密閉 A-1 (No.100000) A-2 (No.100001) 開放 A-3 (No.100020) A-4 (No.100021) 空間サイズ：0.5×0.3×3m 仕切板なし 仕切板あり 密閉 B-1 (No.000000) B-2 (No.000001) 開放 B-3 (No.000020) B-4 (No.000021)
- 17. 17 解析結果 比較4）空間の広さによる比較（仕切板あり・密閉） A-2 (No.100001) B-2 (No.000001) A-2(100001)とB-2(No.000001) の • 圧力の時刻歴 空間サイズ：5×3×30m 仕切板なし 仕切板あり 密閉 A-1 (No.100000) A-2 (No.100001) 開放 A-3 (No.100020) A-4 (No.100021) 空間サイズ：0.5×0.3×3m 仕切板なし 仕切板あり 密閉 B-1 (No.000000) B-2 (No.000001) 開放 B-3 (No.000020) B-4 (No.000021)
- 18. 18 解析結果 比較5）空間の広さによる比較（仕切板あり・開放） A-4 (No.100021) B-4 (No.000021) A-4(No.100021)とB-4(000021) の • 圧力の時刻歴 空間サイズ：5×3×30m 仕切板なし 仕切板あり 密閉 A-1 (No.100000) A-2 (No.100001) 開放 A-3 (No.100020) A-4 (No.100021) 空間サイズ：0.5×0.3×3m 仕切板なし 仕切板あり 密閉 B-1 (No.000000) B-2 (No.000001) 開放 B-3 (No.000020) B-4 (No.000021)
- 19. 19 動画：仕切り板の有無で比較 • 実規模 空間サイズ：5×3×30m 仕切板なし 仕切板あり 密閉 A-1 (No.100000) A-2 (No.100001) 開放 A-3 (No.100020) A-4 (No.100021) 空間サイズ：0.5×0.3×3m 仕切板なし 仕切板あり 密閉 B-1 (No.000000) B-2 (No.000001) 開放 B-3 (No.000020) B-4 (No.000021) ※（）内はFLACSのケースナンバー • 小規模
- 20. 仕切り板の影響： 実規模・密閉
- 22. 仕切り板の影響： 小規模・密閉
- 24. 24 • 仕切り板による乱流で、火炎伝播速度が増大しています • FLACSは乱流モデルとしてk-εモデルを採用しています Gexconは数多くの実験で、乱流強度と火炎伝播速度との関 係を検証し、その結果をFLACSに取り込んでいます • 乱流によって燃焼速度は増大、やがてはDDT(Deflagration to Detonation Transition) が起きます • できるだけ乱流を起こさないようにすることは、一つの爆発影 響軽減化対策となりえますが、空間内にモノを置かないのは 無理ですので乱流をなくすことは不可能です • 爆発影響軽減化には、圧力解放が効果的です
- 27. 27 2つのFLACSシミュレーション 当量混合比のメタン/空気 1. 完全密閉 11m x 8.5m x 2.8m の密閉された部屋 2. 圧力開放窓がある場合 窓の大きさとして以下の3種類 1) 40x40 cm 2) 80x80 cm 3) 160x160 cm
- 28. 28 with opening
- 29. 29 40x40 cm の開放窓 最大圧力はおよそ 4barg 開放窓なし 最大圧力はおよそ 8barg
- 30. 30 80×80 cm の開放窓 160×160 cm の開放窓
- 31. 31 完全密閉 8 barg 40x40 cm 4 barg 80x80 cm 0.5 barg 160x160 cm 0.04 barg 圧力開放窓による最大圧力の変化 窓をほんの少し大きくするだけで、最大圧力が大きく減少します 爆発危険性のある場所では、適切な大きさの圧力開放窓を設置することにより、 爆発被害を大きく軽減化することが可能です 1/10以下 1/100以下 最大圧力