ScholarWorks@한국철도기술연구원

초록

수소는 친환경성과 높은 에너지 밀도로 인해 미래 에너지 시스템의 핵심 매체로 주목받고 있다. 고압 기체 수소저장 방식은 운송 및 활용에 유리하지만, 압축 수소 가스를 급속 충전 진행할 때 수소 저장 탱크 내부의 급격한 온도상승으로 인해 탱크의 구조적 안정성을 위협할 수 있다. 따라서 수소연료전지 철도차량에 적용되는 185 리터급 대용량type IV 수소탱크의 안전성을 위해, 충전 중 내부 상태 변화를 예측하여 급속 충전에 따른 탱크의 신뢰성을 확보하는기술이 필요하다. 본 연구는 대용량 수소 저장 탱크의 급속 충전 시 발생하는 내부 온도 변화를 분석하기 위해 2차원축대칭 모델과 중력 영향을 고려한 3차원 전체 모델을 적용하여 전산유체역학(CFD) 해석을 수행하고 그 결과를 비교분석하였다. 해석 결과, 2차원 축대칭 모델은 충전 시간이 경과함에 따라 탱크 끝단부에서 국부적으로 과도한 온도 상승을 예측하는 반면, 3차원 모델은 중력에 의한 유동 현상을 모사하여 하부에서 상부로 열이 분산되는 종방향으로의 균일한 온도 분포를 나타냈다. 이는 2차원 모델의 유동 패턴이 대용량 탱크의 3차원 모델 유동 특성과 상이함을 보여준다. 결론적으로, 대용량 수소 저장 탱크의 내부 상태 변화를 수치해석 방법으로 분석시 중력을 고려하기 위한 3차원 해석방안 적용이 타당할 것으로 판단된다. 본 연구 결과는 수소 기반 운송 시스템의 안전성과 신뢰성을 높이는 데 기여할것으로 기대된다.

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