Water Curtain Benchmark

2025年5月1日

アンモニア放出事故時の減災対策として、ウォーターカーテンによるアンモニア濃度低減の実験(Aurelia Dandrieux による、参考文献 1. )をシミュレーションで再現、検証した．

実験 (Dandrieux による )

参考文献1. における実験の状況は以下のとおり

ウォーターカーテン : クジャクの尾型(peacock tail)の散水機で、水は上方に向けて噴射され、扇状に広がる．測定された流量の平均値は、730l/min である．

Trial2 : アンモニアを放出
Trial5 : アンモニア放出30秒後から散水機で放水開始

スクロールできます

	Trial2	Trial5
Release rate (kg/min)	14.6	13.5
V(m/s)	3	2.8
Relative humidity (%)	50	50
Temperature (℃)	16	17
Source-curtain distance	–	6m

シミュレーション : ベンチマーク

計算条件

■ 計算領域

範囲 (m): 60x60x15
格子数: 256x256x64
Type: non-uniform
最小セル : 5cm

■ 風速

(3, 0, 0) m/s

■ アンモニア放出源

放出量: 14.6 kg/min
濃度解放: 1.0
放出 : 断続的
位置 : 入口から5m

■ 放水

開始時間 (s) : 30
間隔 (s): 120
液滴直径 (m): 0.001
放水速度 (m/s): 30
位置 : アンモニア放出源から5m

結果

実験でのTrial2(アンモニア放出)とTrial5(アンモニア放出後に放水)をシミュレーションで再現した結果は、以下のとおり．放水によって、アンモニアの濃度が低下し、拡散が抑えられていることがわかる．

Trial2

Trial5

考察

次の表は、実験(参考文献1. )とシミュレーションの結果(アンモニア濃度)を比較したものである．

		10m	20m	30m
実験 (参考文献1)	Trial2 (Cf)	2.615	1.091	0.034
	Trial5 (Cc)	0.299	0.172	0.008
	DR (Cf/Cc)	8.7	6.3	4.3
シミュレーション	Trial2 (Cf)	2.688	0.852	0.472
	Trial5 (Cc)	0.350	0.254	0.215
	DR (Cf/Cc)	7.7	3.4	2.2

上記表より、散水によるアンモニアの抑制力を\(Es \) : Effectiveness of spray curtain とし、次の式で表す．

\[ Es= \frac{Cf-Cc}{Cf} \times 100 \]

これを実験(参考文献1. Trial5) とシミュレーションSimulation)についてプロットしたものを右のグラフに示す．

発生源から遠くなるにつれ一定の差異は見られるものの、10m地点での結果はほぼ一致していること、屋外実験の特性を考慮すれば、シミュレーション結果は妥当と評価できる．

参考文献

1. Aurelia Dandrieux, Gilles Dusserre, James Olivier, Henri Fournet, Effectiveness of water curtains to protect firemen in case of an accidental release of ammonia: comparison of the effectiveness for two different release rates of ammonia, Journal of Loss Prevention in the Process Industries, vol. 14, pp.349-355, 2001

2. Chao Cheng, Wei Tan, Liyan Liu, Numerical simulation of water curtain application for ammonia release dispersion, Journal of Loss Prevention in the Process Industries, vol. 30, pp.105-112, 2014.