爆発セミナーの資料です。（4中3） FLACSによる爆発シミュレーション / explosion simulation using flacs.　について。

1. 2. FLACSによる爆発シミュレーション

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。

3. 3
3

4. 4

5. 5

6. 6
火災シミュレーション用 FLACS-Fire もリリースされました

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)

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● 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)

10. 10
検証モデル
赤丸が着火点、緑丸がモニターポイント、
水色の部分はガス領域です。
仕切板
着火点
開放窓
密閉空間
開放空間

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)

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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

21. 仕切り板の影響： 実規模・一端開放

22. 仕切り板の影響： 小規模・密閉

23. 仕切り板の影響： 小規模・一端開放

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

25. 25
開放窓による爆発被害の軽減化

26. 26
• 天然ガスの爆発事故
平成16年7月30日、九十九里町いわし博物館
平成19年6月19日、東京都渋谷区の温泉施設
• 渋谷温泉施設事故は地下
天井(1Fの床)コンクリートは、激しく破壊・飛散
爆発はどのように生起したか？
爆発被害を最小限とするための指針は？

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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