(57)【要約】【課題】高圧ガス噴流の予測を短時間で行うことができる高圧ガス噴流解析方法、高圧ガス噴流解析装置および高圧ガス噴流解析プログラムを提供すること。【解決手段】  構造物内の高圧ガスが構造物外に漏洩する際に発生する高圧ガス噴流の予測を行う高圧ガス噴流解析方法において、漏洩孔から解析位置までの距離Ｘ、漏洩条件、環境条件を取得し（ステップＳＴ１００）、漏洩条件に基づいて出口ガス条件を算出し（ステップＳＴ１０１）、漏洩条件と環境条件と出口ガス条件とに基づいて無次元化基準値θを算出し（ステップＳＴ１０２）、無次元化基準値θと距離Ｘとに基づいて無次元化距離Ｘ／θを算出し（ステップＳＴ１０３）、無次元化距離Ｘ／θが線形近似を行える範囲内であるかを判断し（ステップＳＴ１０４）、解析位置における高圧ガス噴流物理量を線形近似式により算出し（ステップＳＴ１０５）、高圧ガス噴流物理量を出力する（ステップＳＴ６）。【選択図】        図３
2005233868.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物内の高圧ガスが構造物外に漏洩する際に発生する高圧ガス噴流の予測を行う高圧ガス噴流解析方法において、
前記高圧ガスが漏洩する漏洩孔の中心から当該中心軸上に位置する解析位置までの距離Ｘ、当該高圧ガスが漏洩孔から漏洩する漏洩条件、前記構造物外の環境条件を取得する手順と、
前記漏洩条件に基づいて漏洩孔出口における高圧ガスの出口ガス条件を算出する手順と、
前記漏洩条件と前記環境条件と前記出口ガス条件とに基づいて無次元化基準値θを下記の式（１）により算出する手段と、
前記無次元化基準値θと距離Ｘとに基づいて無次元化距離Ｘ／θを算出する手順と、
前記無次元化距離Ｘ／θが前記無次元化距離Ｘ／θと無次元物理量とに基づいた線形近似を行える範囲内であるかを判断する手順と、
前記解析位置における高圧ガス噴流物理量を前記無次元化距離Ｘ／θと無次元物理量とに基づいて予め算出された線形近似の下記の式（２）、式（３）、式（４）の少なくともいずれか一つにより算出する手順と、
を含むことを特徴とする高圧ガス噴流解析方法。
θ＝Ｄ（ρe／ρa）1/2                                              …（１）
Ｃx／Ｃe＝ａ1（Ｘ／θ）-1                                          …（２）
ΔＴx／ΔＴe＝ａ2（Ｘ／θ）-1                                      …（３）
ｕx／ｕe＝ａ3（Ｘ／θ）-1                                          …（４）
Ｄ：漏洩孔の口径、ρe：出口ガス密度、ρa：大気密度、Ｃx：解析位置濃度、Ｃe：出口ガス濃度、ΔＴx：Ｔx−Ｔa、ΔＴe：Ｔe−Ｔa、Ｔx：解析位置温度、Ｔe：出口ガス温度、Ｔa：大気温度、ｕx：解析位置速度、ｕe：出口ガス速度、ａ1〜ａ3：定数
【請求項２】
前記解析位置における噴流半値幅ｂを下記の式（５）により算出する手順と、
前記漏洩孔の中心軸と前記距離Ｘにおいて直交する方向の高圧ガス噴流物理量分布を下記の式（６）、式（７）、式（８）の少なくともいずれか一つにより算出する手順と、
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の高圧ガス噴流解析方法。
ｂ＝ａ4×Ｘ                                                          …（５）
Ｃ／ＣX＝ｅｘｐ（−（ｌｎ２）η2）                                   …（６）
ΔＴ／ΔＴX＝ｅｘｐ（−（ｌｎ２）η2）                               …（７）
ｕ／ｕX＝ｅｘｐ（−（ｌｎ２）η2）                                   …（８）
ａ4：定数、Ｃ：ガス濃度、η：Ｙ／ｂ、Ｙ：漏洩孔の中心軸と距離Ｘにおいて直交する方向の位置、ΔＴ：Ｔ−Ｔa、Ｔ：ガス温度、ｕ：ガス速度
【請求項３】
前記解析位置に仮想漏洩孔を設定する手順と、
前記高圧ガス噴流物理量から前記仮想漏洩孔における仮想漏洩条件を取得する手順と、
前記仮想漏洩孔から高圧ガスが漏洩する際に発生する仮想ガス噴流を非圧縮性流体とし、非圧縮性流体数値解析を行う手順と、
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の高圧ガス噴流解析方法。
【請求項４】
前記高圧ガスの漏洩後の経過時間ごとの前記漏洩条件を算出する手順をさらに含み、
前記仮想漏洩孔における仮想漏洩条件を前記経過時間ごとの前記高圧ガス噴流物理量に基づいて取得することを特徴する請求項３に記載の高圧ガス噴流解析方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の高圧ガス噴流解析方法における各手順を処理する処理手段と、
前記処理手段に前記距離Ｘ、前記漏洩条件、前記環境条件などのデータ、その他のデータを与える入力手段と、
前記処理手段により算出された前記高圧ガス噴流物理量、前記高圧ガス噴流物理量分布などの前記高圧ガス噴流の予測結果を表示する表示手段と、
を備えたことを特徴とする高圧ガス噴流解析装置。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の高圧ガス噴流解析方法をコンピュータに実行させることを特徴とする高圧ガス噴流解析プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、高圧ガス噴流解析方法、高圧ガス噴流解析装置および高圧ガス噴流解析プログラムに関し、さらに詳しくは、圧縮性流体である高圧ガス噴流の予測を短時間で行うことができる高圧ガス噴流解析方法、高圧ガス噴流解析装置および高圧ガス噴流解析プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水素ガスステーションなどの高圧ガス貯蔵施設においては、タンクなどの構造物内に貯蔵されている可燃性ガスや有毒ガスである高圧ガス（例えば、４０ＭＰａ程度）の漏洩が起こった際の安全性評価が重要である。構造物内に貯留されている高圧ガスが漏洩孔から構造物外に漏洩する際には、高圧ガスが高圧ガス噴流となる。従って、高圧ガス噴流の予測が高圧ガス貯蔵施設の安全性評価の基礎となる。通常、高圧ガス噴流の予測は、例えば非特許文献１に示すように、高価な高圧ガス噴流解析装置を用いた３次元解析による数値解析により行われていた。高圧ガス噴流の数値解析は、構造物内圧力、構造物内温度、漏洩孔の口径などの漏洩条件を設定し、この漏洩条件ごとに高圧ガス噴流を解析メッシュに分割し、各解析メッシュにおいて数値計算を行うものであった。つまり、高い予測精度を得るために解析メッシュを微細化すると、高圧ガス噴流の予測に必要な計算時間が微細がされた解析メッシュにより長くなるものであった。
【０００３】
【非特許文献１】片野田洋、他３名、「不足膨張軸対称超音速噴流の数値計算」、日本機械学会論文集（Ｂ編）、日本機械学会、１９９５年９月、６１巻、５８９号、ｐ．１３８-１４４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、高圧ガス噴流は、非圧縮性流体である低圧ガス噴流と異なり漏洩孔近傍の流れが複雑となる圧縮性流体である。従って、高圧ガス噴流の予測は、低圧ガス噴流の予測と比較して、複雑な数値解析となるため膨大な計算時間を必要とするものであった。また、高圧ガス噴流の予測には、上記漏洩条件のほかに、大気密度、大気温度、自然風の有無などの環境条件を設定する必要がある。従って、高圧ガス噴流の予測は、この高圧ガス噴流が発生する構造物外の環境により影響を受けるため、環境条件ごとに再度高圧ガス噴流の数値解析を行う必要があり、さらに計算時間を必要とするものであった。また、漏洩孔が小さく構造物内圧力がほとんど変化しない小規模漏洩、つまり定常状態の漏洩では、経過時間ごとの構造物内圧力の変化を無視できる。しかし、漏洩孔が大きく構造物内圧力が大きく変化する大規模漏洩、つまり非定常状態の漏洩では、経過時間ごとの構造物内圧力の変化を考慮して高圧ガス噴流の予測を行う必要があった。この場合、高圧ガス噴流の予測は、さらに複雑な数値解析が必要となるため、例えば高圧噴流解析装置として並列計算機を用いても、１秒経過後の高圧ガス噴流の予測に１〜２ヶ月という計算時間が必要であった。
【０００５】
そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高圧ガス噴流の予測を短時間で行うことができる高圧ガス噴流解析方法、高圧ガス噴流解析装置および高圧ガス噴流解析プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明は、構造物内の高圧ガスが構造物外に漏洩する際に発生する高圧ガス噴流の予測を行う高圧ガス噴流解析方法において、高圧ガスが漏洩する漏洩孔の中心から当該中心軸上に位置する解析位置までの距離Ｘ、当該高圧ガスが漏洩孔から漏洩する漏洩条件、構造物外の環境条件を取得する手順と、漏洩条件に基づいて漏洩孔出口における高圧ガスの出口ガス条件を算出する手順と、漏洩条件と環境条件と出口ガス条件とに基づいて無次元化基準値θを下記の式（１）により算出する手段と、無次元化基準値θと距離Ｘとに基づいて無次元化距離Ｘ／θを算出する手順と、無次元化距離Ｘ／θが無次元化距離Ｘ／θと無次元物理量とに基づいた線形近似を行える所定範囲内であるかを判断する手順と、解析位置における高圧ガス噴流物理量を前記無次元化距離Ｘ／θと無次元物理量とに基づいて予め算出された線形近似の下記の式（２）、式（３）、式（４）の少なくともいずれか一つにより算出する手順とを含むことを特徴とする。
θ＝Ｄ（ρe／ρa）1/2                                              …（１）
Ｃx／Ｃe＝ａ1（Ｘ／θ）-1                                          …（２）
ΔＴx／ΔＴe＝ａ2（Ｘ／θ）-1                                      …（３）
ｕx／ｕe＝ａ3（Ｘ／θ）-1                                          …（４）
Ｄ：漏洩孔の口径、ρe：出口ガス密度、ρa：大気密度、Ｃx：解析位置濃度、Ｃe：出口ガス濃度、ΔＴx：Ｔx−Ｔa、ΔＴe：Ｔe−Ｔa、Ｔx：解析位置温度、Ｔe：出口ガス温度、Ｔa：大気温度、ｕx：解析位置速度、ｕe：出口ガス速度、ａ1〜ａ3：定数
【０００７】
無次元物理量（無次元最大濃度ＣMAX、無次元最大温度変化ΔＴMAX、無次元最大速度ｕMAX）と、高圧ガスが漏洩する漏洩孔の中心から当該中心軸上に位置する解析位置までの距離Ｘを無次元化基準値θ（式（１））により無次元化した無次元化距離Ｘ／θとの関係は、所定の範囲内において線形近似を行うことができる。つまり、圧縮性流体である高圧ガス噴流は、圧縮性領域と、非圧縮性流体の低圧噴流と同様に非圧縮性領域とを有し、この非圧縮性領域内では、非圧縮性流体と同様に線形近似を行うことができる範囲が存在する。この発明によれば、無次元化距離Ｘ／θと無次元物理量とに基づいて予め算出された線形近似式（式（２）、式（３）、式（４））に漏洩条件、環境条件、出口ガス条件を与え、解析位置における高圧ガス噴流物理量（Ｃx、Ｔx、ｕx）を算出する。これにより、従来の高圧ガス噴流解析方法のように高圧ガス噴流の解析メッシュごとに数値計算を行う必要がなく、線形近似式（式（２）、式（３）、式（４））を計算することにより高圧ガス噴流物理量である解析位置濃度Ｃx、解析位置温度Ｔx、解析位置速度ｕxを得ることができる。
【０００８】
また、この発明では、上記高圧ガス噴流解析方法において、解析位置における噴流半値幅ｂを下記の式（５）により算出する手順と、漏洩孔の中心軸と距離Ｘにおいて直交する方向の高圧ガス噴流物理量分布を下記の式（６）、式（７）、式（８）の少なくともいずれか一つにより算出する手順とをさらに含むことを特徴とする。
ｂ＝ａ4×Ｘ                                                          …（５）
Ｃ／ＣX＝ｅｘｐ（−（ｌｎ２）η2）                                   …（６）
ΔＴ／ΔＴX＝ｅｘｐ（−（ｌｎ２）η2）                               …（７）
ｕ／ｕX＝ｅｘｐ（−（ｌｎ２）η2）                                   …（８）
ａ4：定数、Ｃ：ガス濃度、η：Ｙ／ｂ、Ｙ：漏洩孔の中心軸と距離Ｘにおいて直交する方向の位置、ΔＴ：Ｔ−Ｔa、Ｔ：ガス温度、ｕ：ガス速度
【０００９】
この発明によれば、式（６）、式（７）、式（８）に、無次元化距離Ｘ／θと無次元物理量とに基づいて予め算出された線形近似式（式（２）、式（３）、式（４））により計算された解析位置における高圧ガス噴流物理量、式（５）により算出された解析位置における噴流半値幅ｂを与え、漏洩孔の中心軸と距離Ｘにおいて直交する方向の高圧ガス噴流物理量分布（ガス濃度分布、ガス温度分布、ガス速度分布）を算出する。これにより、従来の高圧ガス噴流解析方法のように高圧ガス噴流の解析メッシュごとに数値計算を行う必要がなく、式（６）、式（７）、式（８）を計算することにより高圧ガス噴流物理量分布であるガス濃度分布、ガス温度分布、ガス速度分布を得ることができる。
【００１０】
また、この発明では、上記高圧ガス噴流解析方法において、解析位置に仮想漏洩孔を設定する手順と、高圧ガス噴流物理量から仮想漏洩孔における仮想漏洩条件を取得する手順と、仮想漏洩孔から高圧ガスが漏洩する際に発生する仮想ガス噴流を非圧縮性流体とし、非圧縮性流体数値解析を行う手順とをさらに含むことを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、上記線形近似式（式（２）、式（３）、式（４））により高圧ガス噴流物理量を算出できる解析位置に仮想漏洩孔を設定する。つまり、仮想漏洩孔は、高圧ガス噴流の非圧縮領域に位置するので、この仮想漏洩孔から発生する仮想ガス噴流は、非圧縮性流体として扱うことができる。従って、仮想漏洩孔の仮想漏洩条件として、この高圧ガス噴流物理量（Ｃx、Ｔx、ｕx）を用い、仮想噴出孔から発生する仮想ガス噴流の非圧縮性流体数値解析を行うことで高圧ガス噴流の予測をすることができる。これにより、高圧ガス噴流の非圧縮領域の上記線形近似式（式（２）、式（３）、式（４））を用いることができる範囲外の解析位置における高圧ガス噴流物理量である解析位置濃度Ｃx、解析位置温度Ｔx、解析位置速度ｕxや高圧ガス噴流物理量分布であるガス濃度分布、ガス温度分布、ガス速度分布などの高圧ガス噴流の予測を行うことができる。
【００１２】
前記高圧ガスの漏洩後の経過時間ごとの前記漏洩条件を算出する手順をさらに含み、前記仮想漏洩孔における仮想漏洩条件を前記経過時間ごとの前記高圧ガス噴流物理量に基づいて取得することを特徴する。
【００１３】
この発明によれば、仮想漏洩孔における仮想漏洩条件を経過時間ごとの高圧ガス噴流物理量に基づいて、つまり算出された仮想漏洩孔における高圧ガス噴流物理量を線形補間することにより作成した仮想漏洩条件としての時間関数を用いて非定常非圧縮性流体数値解析を行う。これにより、従来の高圧ガス噴流解析方法のように、経過時間ごとの漏洩条件の変化を考慮した複雑な非定常性圧縮性流体解析を行う必要がなく、各下流位置での経過時間ごとの高圧ガス噴流物理量あるいは高圧ガス噴流物理量分布などの高圧ガス噴流の予測を行うことができる。
【００１４】
また、この発明では、高圧ガス噴流解析装置において、上記高圧ガス噴流解析方法における各手順を処理する処理手段と、処理手段に距離Ｘ、漏洩条件、環境条件などのデータ、その他のデータを与える入力手段と、処理手段により算出された高圧ガス噴流物理量、高圧ガス噴流物理量分布などの高圧ガス噴流の予測結果を表示する表示手段とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、高圧ガス噴流解析装置は、上記高圧ガス噴流解析方法を実行させるための処理手段を備えている。従って、従来の高圧ガス噴流解析方法のように高圧ガス噴流の解析メッシュごとに数値計算を行う必要がなく、線形近似式（式（２）、式（３）、式（４））を計算することにより高圧ガス噴流物理量である解析位置濃度Ｃx、解析位置温度Ｔx、解析位置速度ｕxの少なくともいずれか一つを得ることができる。
【００１６】
また、この発明では、上記高圧ガス噴流解析方法をコンピュータに実行させることを特徴とする。この発明によれば、プログラムをコンピュータに読み取らせて実行することによって、上記高圧ガス噴流解析方法をコンピュータを利用して実現することができ、これらの各方法と同様の効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００１７】
この発明に係る高圧ガス噴流解析方法、高圧ガス噴流解析装置および高圧噴流解析プログラムによれば、従来の高圧ガス噴流解析方法のように高圧ガス噴流の解析メッシュごとに数値計算を行う必要がなく、線形近似式を計算することにより高圧ガス噴流物理量、高圧ガス噴流物理量分布などを算出することができ、高圧ガス噴流の予測を短時間で行うことができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この発明を実施するための最良の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの或いは実質的に同一のものが含まれる。なお、下記の実施例では、構造物としてタンクを用いるが、これに限定されるものではなく、配管などであっても良い。
【実施例１】
【００１９】
図１は、この発明にかかる高圧ガス噴流解析方法を実行する高圧ガス噴流解析装置の構成例を示す図である。この高圧ガス噴流解析装置１は、解析処理装置２と、入出力装置３とにより構成されている。
【００２０】
解析処理装置２は、入出力ポート（Ｉ／Ｏ）２ａと、処理手段を構成する記憶部２ｂと、処理手段を構成する処理部２ｃとにより構成されている。この解析処理装置２には、入出力装置３が接続されており、ここに備えられた入力手段３ａは、入出力ポート２ａを介して後述する距離Ｘ、漏洩条件、環境条件などのデータやその他のデータを記憶部２ｂあるいは処理部２ｃに与えるものでもある。ここで、入力手段３ａには、キーボード、マウス、マイク等の入力デバイスが使用することができる。
【００２１】
記憶部２ｂには、この発明にかかる高圧ガス噴流解析方法を実現するこの発明の高圧ガス噴流解析方法が組み込まれた高圧ガス噴流解析プログラムが格納されている。ここで、記憶部２ｂは、ハードディスク装置等の固定ディスク装置、フレキシブルディスク、光磁気ディスク装置、またはフラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ（ＣＤ−ＲＯＭ等のような読み出しのみが可能な記憶媒体）や、ＲＡＭ（Random Access Memory）のような揮発性のメモリ等のストレージ手段、あるいはこれらの組み合わせにより構成することができる。
【００２２】
また、上記高圧ガス噴流解析プログラムは、必ずしも単一的に構成されるものに限られず、コンピュータシステムにすでに記憶されているプログラム、例えばＯＳ（Operating System）に代表される別個のプログラムと協働してその機能を達成するものであっても良い。また、図１に示す処理部２ｃの機能を実現するための高圧ガス噴流解析プログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶して、この記録媒体に記録された高圧ガス噴流解析プログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより本発明にかかる高圧ガス噴流解析方法を実行しても良い。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器などのハードウェアを含むものとする。
【００２３】
処理部２ｃは、ＲＡＭ、ＲＯＭ等のメモリとＣＰＵ（Central Processing Unit）とにより構成されている。高圧ガス噴流解析の際には、上記のように解析処理装置２に入力された距離Ｘ、漏洩条件、環境条件などに基づいて、この処理部２ｃが上記高圧ガス噴流解析プログラムを処理部２ｃの図示しないメモリに読み込んで演算を行う。なお、処理部２ｃは、入出力ポート２ａを介して適宜演算途中の数値を記憶部２ｂに格納し、格納した数値を適宜記憶部２ｂから取り出して演算を行う。また、この処理部２ｃは、上記高圧ガス噴流解析プログラムの替わりに専用のハードウェアにより実現されるものであっても良い。
【００２４】
処理部２ｃが後述する線形近似式を計算することなどで算出された解析位置における高圧ガス噴流物理量、高圧ガス噴流物理量分布などは、入出力装置３の表示手段３ｂにより表示される。ここで、表示手段３ｂには、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）や液晶表示装置等を使用することができる。また、この算出された解析位置における高圧ガス噴流物理量、高圧ガス噴流物理量分などは、図示しないプリンタに出力することができる。また、記憶部２ｂは、処理部２ｃ内に設けられていても良いし、他の装置（例えば、データベースサーバ）内に設けられていても良い。また、入出力装置３を備えた図示しない端末装置から、解析処理装置２に有線、無線のいずれかの方法でアクセスすることができる構成であっても良い。
【００２５】
次に、実施例１にかかる高圧ガス噴流解析方法について説明する。ここでは、解析位置における高圧ガス噴流物理量を算出する場合について説明する。図２は、実施例１にかかる高圧ガス噴流モデルを示す図である。図３は、実施例１にかかる高圧ガス噴流解析方法のフローチャートを示す図である。図４は、無次元最大濃度ＣMAXと無次元化距離Ｘ／θとの関係を示す図である。図５は、無次元最大温度変化ΔＴMAXと無次元化距離Ｘ／θとの関係を示す図である。図６は、無次元最大速度ｕMAXと無次元化距離Ｘ／θとの関係を示す図である。図７は、線形近似範囲上限値（Ｘ／θ）2の一例を示す図である。図８は、解析位置濃度Ｃxと距離Ｘとの関係を示す図である。
【００２６】
実施例１にかかる高圧ガス噴流解析方法においては、図２に示す高圧ガス噴流モデルＭ１を用いる。この高速ガス噴流モデルＭ１では、構造物としてタンク４を用いる。このタンク４内には、タンク内圧力Ｐ〔Ｐａ〕、タンク内温度（淀み温度）Ｔ0〔℃〕の高圧ガス（例えば、水素ガス）が貯蔵されている。このタンク４内の高圧ガスが口径Ｄ〔ｍ〕の漏洩孔５からタンク４外の大気密度ρa〔ｋｇ／ｍ3〕、大気温度Ｔe〔℃〕の大気中に漏洩する。漏洩孔５から出口ガス密度ρe〔ｋｇ／ｍ3〕、出口ガス濃度Ｃe〔％〕、出口ガス温度Ｔe〔℃〕、出口ガス速度ｕe〔ｍ／ｓ〕の高圧ガスがタンク外４に漏洩すると、高圧ガス噴流７が発生する。そして、高圧ガスが漏洩孔５からタンク４外に漏洩する際に発生する高圧ガス噴流７の解析位置６における高圧ガス噴流物理量である解析位置濃度Ｃx〔％〕、解析位置温度Ｔx〔℃〕、解析位置速度ｕx〔ｍ／ｓ〕を予測するものである。なお、この解析位置６は、漏洩孔５の中心軸８上に位置し、この漏洩孔５の中心から距離Ｘ〔ｍ〕だけ離れた位置にあるものとする。
【００２７】
まず、図３に示すように、解析処理装置２の処理部２ｃは、入出力ポート２ａを介して入出力装置３の入力手段３ａから与えられた距離Ｘ、漏洩条件、環境条件を入力する（ステップＳＴ１００）。具体的には、入力手段により解析位置６を漏洩孔５の中心軸８上に設定することで、この漏洩孔５の中心から解析位置６までの距離Ｘが処理部２ｃに入力される。また、入力手段３ａにより、タンク内圧力Ｐ、タンク内温度Ｔ0、漏洩孔５の口径Ｄが漏洩条件として処理部２ｃに入力される。また、入力手段３ａにより、大気密度ρa、大気温度Ｔeが環境条件として処理部２ｃに入力される。
【００２８】
次に、処理部２ｃは、上記入力された漏洩条件に基づいてガス出口条件を算出する（ステップ１０１）。具体的には、入力された漏洩条件であるタンク内圧力Ｐ、タンク内温度Ｔ0に基づいて、下記の等エントロピー理論式である式（９）、式（１０）、式（１１）を計算し、出口ガス密度ρe、出口ガス温度Ｔe、出口ガス速度ｕe、出口ガス濃度Ｃeを算出する。ここで、ρ0：タンク内密度、κ：比熱比、Ｍe：出口ガスマッハ数、Ｒ：ガス定数である。なお、タンク内密度ρ0は、式（１２）により求まるものである。また、出口ガス濃度Ｃeは、タンク４内での高圧ガスのガス濃度と等しいものである。また、出口ガスマッハ数Ｍeは、高速ガス噴流モデルＭ１の漏洩孔５の断面積は一定であるためＭe＝１とする。
ρe＝ρ0／（１＋（κ−１）／２×Ｍe2）1/(κ-1)                    …（９）
Ｔe＝Ｔ0／（１＋（κ−１）／２×Ｍe2）                             …（１０）
ｕe＝Ｍe（κＲＴe）1/2                                            …（１１）
Ｐ＝ρ0ＲＴ0                                                       …（１２）
【００２９】
次に、処理部２ｃは、上記入力された漏洩条件および環境条件と上記算出された出口ガス条件とに基づいて無次元化基準値θを算出する（ステップＳＴ１０２）。具体的には、入力された漏洩条件である漏洩孔５の口径Ｄ、入力された環境条件である大気密度ρa、算出された出口ガス条件である出口ガス密度ρeに基づいて、下記の式（１３）を計算し、無次元化基準値θを算出する。これにより、距離Ｘを無次元化基準値θにより無次元化する。
θ＝Ｄ（ρe／ρa）1/2                                             …（１３）
【００３０】
次に、処理部２ｃは、上記入力された距離Ｘと上記算出された無次元化基準値θとに基づいて無次元化距離Ｘ／θを算出する（ステップＳＴ１０３）。具体的には、入力された距離Ｘを算出された無次元化基準値θで割ることにより、無次元化距離Ｘ／θを算出する。これにより、距離Ｘを無次元化基準値θにより無次元化する。
【００３１】
次に、処理部２ｃは、上記算出された無次元化距離Ｘ／θが線形近似範囲下限値（Ｘ／θ）1以上線形近似範囲上限値（Ｘ／θ）2以下であるか否かを判断する（ステップＳＴ１０４）。つまり、上記算出された無次元化距離Ｘ／θがこの無次元化距離Ｘ／θと無次元物理量（無次元最大濃度ＣMAX、無次元最大温度変化ΔＴMAX、無次元最大速度ｕMAX）とに基づいた線形近似を行える範囲内であるか否かを判断する。
【００３２】
無次元物理量である無次元最大濃度ＣMAX、無次元最大温度変化ΔＴMAX、無次元最大速度ｕMAXをそれぞれ漏洩条件や出口ガス条件を用いて無次元化距離Ｘ／θにより整理すると、それぞれ図４、図５、図６に示すような関係となる。図４に示すＡ、図５に示すＢ、図６に示すＣのように、漏洩孔５からある程度離れるまで無次元最大濃度ＣMAX、無次元最大温度変化ΔＴMAX、無次元最大速度ｕMAXは、ほとんど傾きを持たない。しかし、漏洩孔５からある程度離れた位置からは、この漏洩孔５の中心軸（Ｘ方向）に対して一定の傾きに収束するようになる。また、漏洩孔５からさらに離れると、構造物外、つまりタンク４外の環境条件の影響（例えば、自然風などの外風）を受け、一定の傾きから発散するようになる。無次元物理量である無次元最大濃度ＣMAX、無次元最大温度変化ΔＴMAX、無次元最大速度ｕMAXと、漏洩孔５の中心から当該中心軸上に位置する解析位置までの距離Ｘを無次元化した無次元化距離Ｘ／θとの関係は、上述のように線形近似範囲内であれば線形近似を行うことができる。つまり、圧縮性流体である高圧ガス噴流７は、圧縮性領域と、非圧縮性流体の低圧噴流と同様に非圧縮性領域とを有し、この非圧縮性領域内では、非圧縮性流体と同様に線形近似を行うことができる範囲が存在することを意味する。
【００３３】
上述のように、高圧ガス噴流７は、圧縮性領域と非圧縮性領域とを有する。そのため、この発明は、上記無次元物理量である無次元最大濃度ＣMAX、無次元最大温度変化ΔＴMAX、無次元最大速度ｕMAXと無次元化距離Ｘ／θとの関係を線形近似できる領域において、圧縮性の強い領域を除く、非圧縮性領域を対象に適用するものである。これは、圧縮性領域における高圧ガス噴流７は、例えば衝撃波、高圧でのポテンシャルコア（高圧ガス噴流の速度が一定の範囲）などの膨大な計算時間を要する圧縮性の強い領域があるため、線形近似を行うことができない。従って、上記線形近似を行うことができる範囲の下限値（Ｘ／θ）1は、高圧ガス噴流７の圧縮性影響を基準とし、圧縮性領域と非圧縮性領域との境界の無次元化距離Ｘ／θとなる。例えば、この圧縮性領域と非圧縮性領域との境界は、マッハ数Ｍによって決定することができる。従って、線形近似範囲下限値（Ｘ／θ）1を高圧ガス噴流７のマッハ数Ｍにより決定し、例えばＭ＜０．５となる無次元化距離Ｘ／θとすることができる。
【００３４】
高圧ガス噴流７は、タンク４外の雰囲気、つまり大気の密度と異なる場合、非圧縮性領域において、漏洩孔５から離れれば離れるほど浮力の影響を受ける。高圧ガス噴流７が浮力の影響を受け始めると、図４に示すＡ、図５に示すＢ、図６に示すＣのように、無次元最大濃度ＣMAX、無次元最大温度変化ΔＴMAX、無次元最大速度ｕMAXは、一定の傾きから拡散するようになる。つまり、浮力影響を受ける領域においては、線形近似を行うことができない。従って、上記線形近似を行うことができる範囲の上限値（Ｘ／θ）2は、高圧ガス噴流７の浮力影響を基準とし、浮力影響を受け始める無次元化距離Ｘ／θとなる。具体的には、大気が無風状態で、かつ高圧ガスが上向きに放出される場合、高圧ガス噴流７が浮力影響を受け始める無次元化距離Ｘ／θを決定する方法としては、例えばリチャードソン数（Ｒｉｏ）を用いた方法がある。リチャードソン数（Ｒｉｏ）は、下記の式（１４）により求められるものである。
Ｒｉｏ＝ｇ｜ρa−ρe｜Ｄ／（ρeｕe）                              …（１４）
【００３５】
このリチャードソン数を用いて、温度変化ΔＴx／ΔＴeと無次元化距離Ｘ／θとを整理すると図７に示すようになる。図７のＤに示すように、温度変化ΔＴx／ΔＴeは、漏洩孔５の中心軸（Ｘ方向）に対して、一定の勾配の傾きから変曲点Ｅを介して勾配が変化した傾きとなる。つまり、この変曲点Ｅにおいて高圧ガス噴流７が浮力影響を受け始めることとなる。なお、リチャードソン数を用いて濃度Ｃx／Ｃeまたは速度ｕx／ｕeと無次元化距離Ｘ／θとを整理した場合も、温度変化ΔＴx／ΔＴeと同様に高圧ガス噴流７が浮力影響を受け始める変曲点を有する。従って、上記線形近似を行うことができる範囲の上限値（Ｘ／θ）2は、例えば、高圧ガス噴流７の浮力影響を基準とし、リチャードソン数を用いて整理された濃度Ｃx／Ｃe、温度変化ΔＴx／ΔＴe、速度ｕx／ｕeと無次元化距離Ｘ／θとの関係の変曲点における無次元化距離Ｘ／θとすることができる。
【００３６】
上述のように線形近似範囲下限値（Ｘ／θ）1および上限値（Ｘ／θ）2は、図４、図５、図６に示すように、環境条件によっては、無次元物理量である無次元最大濃度ＣMAX、無次元最大温度変化ΔＴMAX、無次元最大速度ｕMAXと無次元化距離Ｘ／θとの関係によって異なることも考えられる。従って、処理部２ｃは、上記ステップＳＴ１０４において、各無次元物理量（無次元最大濃度ＣMAX、無次元最大温度変化ΔＴMAX、無次元最大速度ｕMAX）と無次元化距離Ｘ／θとの関係ごとに線形近似範囲下限値（Ｘ／θ）1以上線形近似範囲上限値（Ｘ／θ）2以下であるか否かを判断する。なお、無次元化距離Ｘ／θが各無次元物理量（無次元最大濃度ＣMAX、無次元最大温度変化ΔＴMAX、無次元最大速度ｕMAX）と無次元化距離Ｘ／θとの関係ごとの線形近似範囲下限値（Ｘ／θ）1以上線形近似範囲上限値（Ｘ／θ）2以下でない場合は、実施例１にかかる高圧ガス噴流解析方法を終了する。
【００３７】
次に、処理部２ｃは、無次元化距離Ｘ／θが線形近似範囲内であると判断すると、上記算出された無次元化距離Ｘ／θに基づいて、高圧ガス噴流物理量（Ｃe、Ｔe、ｕe）を算出する（ステップＳＴ１０５）。具体的には、無次元物理量である無次元最大濃度ＣMAX、無次元最大温度変化ΔＴMAX、無次元最大速度ｕMAXと無次元化距離Ｘ／θとの関係から予め算出された線形近似式である式（１５）、式（１６）、式（１７）を計算し、解析位置６における高圧ガス噴流物理量である解析位置濃度Ｃe、解析位置温度Ｔe、解析位置速度ｕeを算出する。なお、ΔＴxはＴx−Ｔa、ΔＴeはＴe−Ｔaである。また、定数ａ1〜ａ3は、予め計算あるいは実験により求められるものであり、例えば定数ａ1＝９．５５、ａ3＝１００６２、ａ3＝６６．７である。
Ｃx／Ｃe＝ａ1（Ｘ／θ）-1                                        …（１５）
ΔＴx／ΔＴe＝ａ2（Ｘ／θ）-1                                    …（１６）
ｕx／ｕe＝ａ3（Ｘ／θ）-1                                        …（１７）
【００３８】
次に、処理部２ｃは、上記算出された解析位置６における高圧ガス噴流物理量（Ｃe、Ｔe、ｕe）を入出力装置３の表示手段３ｂに出力する（ステップＳＴ１０６）。つまり、処理部２ｃは、入出力ポート２ａを介して算出された解析位置６における高圧ガス噴流物理量である解析位置濃度Ｃe、解析位置温度Ｔe、解析位置速度ｕeを入出力装置３の表示手段３ｂに出力する。この表示手段３ｂには、解析位置６における高圧ガス噴流物理量である解析位置濃度Ｃe、解析位置温度Ｔe、解析位置速度ｕeが表示される。
【００３９】
以上のように、実施例１にかかる高圧ガス噴流解析方法は、無次元物理量である無次元最大濃度ＣMAX、無次元最大温度変化ΔＴMAX、無次元最大速度ｕMAXと無次元化距離Ｘ／θとに基づいて予め算出された線形近似式（式（１５）、式（１６）、式（１７））に漏洩条件、環境条件、出口ガス条件を与え、解析位置６における高圧ガス噴流物理量である解析位置濃度Ｃx、解析位置温度Ｔx、解析位置速度ｕxを算出する。図８に示すように、この発明にかかる高圧ガス噴流解析方法により算出された高圧ガス噴流物理量（解析位置濃度Ｃx、つまり最大濃度Ｃx）と距離Ｘとの関係は、Ｇに示す曲線となる。一方、従来の高圧ガス噴流解析方法により算出された最大濃度Ｃxと距離Ｘとの関係は、Ｆに示す曲線となる。両曲線を比較するとほぼ同一な曲線である。これから、この発明にかかる高圧ガス噴流解析方法を用いた高圧ガス噴流７の予測結果（解析位置６における高圧ガス噴流物理量）の精度と、従来の高圧ガス噴流解析方法を用いた高圧ガス噴流７の予測結果の精度とはほぼ同一となる。つまり、この実施例１にかかる高圧ガス噴流解析方法を用いても、高圧ガス噴流７の予測結果の精度が低下することはない。
【００４０】
さらに、実施例１にかかる高圧ガス噴流解析方法は、従来の高圧ガス噴流解析方法のように高圧ガス噴流７の解析メッシュごとに数値計算を行う必要がなく、計算が簡単な線形近似式（式（１５）、式（１６）、式（１７））を計算することにより、高圧ガス噴流７の予測結果である高圧ガス噴流物理量である解析位置濃度Ｃx、解析位置温度Ｔx、解析位置速度ｕxを得ることができる。つまり、線形近似式（式（１５）、式（１６）、式（１７））により高圧ガス噴流物理量を算出することができるので、高圧ガス噴流の予測を短時間で行うことができる。
【実施例２】
【００４１】
次に、実施例２にかかる高圧ガス噴流解析方法について説明する。ここでは、解析位置６における高圧ガス噴流物理量分布を算出する場合について説明する。図９は、実施例２にかかる高圧ガス噴流解析方法のフローチャートを示す図である。図１０は、最大濃度位置高さと距離Ｘとの関係を示す図である。なお、図９に示す実施例２にかかる高圧ガス噴流解析方法は、図３に示す実施例１にかかる高圧ガス噴流解析方法とほぼ同様であるので省略して説明する。また、図９に示す実施例２にかかる高圧ガス噴流解析方法において用いる高圧ガス噴流モデルは、図２に示す高圧ガス噴流モデルＭ１と同一である。
【００４２】
まず、図９に示すように、解析処理装置２の処理部２ｃは、距離Ｘ、漏洩条件（タンク内圧力Ｐ、タンク内温度Ｔ0、漏洩孔５の口径Ｄ）、環境条件（大気密度ρa、大気温度Ｔe）を入力する（ステップＳＴ２００）。次に、処理部２ｃは、上記入力された漏洩条件（タンク内圧力Ｐ、タンク内温度Ｔ0）と環境条件（大気密度ρa、大気温度Ｔe）とに基づいて、上記の等エントロピー理論式である式（９）、式（１０）、式（１１）を計算し、出口ガス条件（出口ガス密度ρe、出口ガス温度Ｔe、出口ガス速度ｕe、出口ガス濃度Ｃe）を算出する（ステップ２０１）。
【００４３】
次に、処理部２ｃは、上記入力された漏洩条件（漏洩孔５の口径Ｄ）と環境条件（大気密度ρa）と上記算出された出口ガス条件（出口ガス密度ρe）とに基づいて、上記の式（１３）を計算し、無次元化基準値θを算出する（ステップＳＴ２０２）。次に、処理部２ｃは、上記入力された距離Ｘと上記算出された無次元化基準値θとに基づいて無次元化距離Ｘ／θを算出する（ステップＳＴ２０３）。
【００４４】
次に、処理部２ｃは、上記算出された無次元化距離Ｘ／θが線形近似範囲下限値（Ｘ／θ）1以上線形近似範囲上限値（Ｘ／θ）2以下であるか否かを判断する（ステップＳＴ２０４）。次に、処理部２ｃは、無次元化距離Ｘ／θが線形近似範囲内であると判断すると、無次元物理量である無次元最大濃度ＣMAX、無次元最大温度変化ΔＴMAX、無次元最大速度ｕMAXと無次元化距離Ｘ／θとの関係から予め算出された線形近似式である上記式（１５）、式（１６）、式（１７）を計算し、高圧ガス噴流物理量である解析位置濃度Ｃx、解析位置温度Ｔx、解析位置速度ｕxを算出する（ステップＳＴ２０５）。
【００４５】
次に、処理部２ｃは、解析位置６における、つまり漏洩孔５から距離Ｘ離れた位置における噴流半値幅ｂ〔ｍ〕を算出する（ステップＳＴ２０６）。具体的には、式（１８）を計算し、噴流半値幅ｂを算出する。なお、定数ａ4は、予め計算あるいは実験により求められるものであり、例えばａ4＝０．０５である。
ｂ＝ａ4×Ｘ                                                        …（１８）
【００４６】
次に、処理部２ｃは、上記算出された高圧ガス噴流物理量（Ｃx、Ｔx、ｕx）と、上記算出された噴流半値幅ｂとに基づいて、高圧ガス噴流物理量分布（ガス濃度分布、ガス温度分布、ガス速度分布）を算出する（ステップＳＴ２０７）。具体的には、下記の式（１９）、式（２０）、式（２１）を計算し、解析位置６における高圧ガス噴流物理量分布であるガス濃度分布、ガス温度分布、ガス速度分布を算出する。なお、Ｃはガス濃度、ηはＹ／ｂ、Ｙは漏洩孔５の中心軸８と距離Ｘにおいて直交する方向の位置、ΔＴはＴ−Ｔa、Ｔはガス温度、ｕはガス速度ある。
Ｃ／ＣX＝ｅｘｐ（−（ｌｎ２）η2）                                 …（１９）
ΔＴ／ΔＴX＝ｅｘｐ（−（ｌｎ２）η2）                             …（２０）
ｕ／ｕX＝ｅｘｐ（−（ｌｎ２）η2）                                 …（２１）
【００４７】
次に、処理部２ｃは、上記算出された高圧ガス噴流物理量分布であるガス濃度分布、ガス温度分布、ガス速度分布を入出力装置３の表示手段３ｂに出力する（ステップＳＴ２０８）。この表示手段３ｂには、高圧ガス噴流物理量分布であるガス濃度分布、ガス温度分布、ガス速度分布が表示される。
【００４８】
以上のように、実施例２にかかる高圧ガス噴流解析方法は、式（１９）、式（２０）、式（２１）に算出された高圧ガス噴流物理量（Ｃx、Ｔx、ｕx）、算出された噴流半値幅ｂを与え、解析位置６における高圧ガス噴流物理量分布であるガス濃度分布、ガス温度分布、ガス速度分布を算出する。つまり、高圧ガス噴流７の解析位置６における漏洩孔５の中心軸８と直交する方向のガス濃度分布、ガス温度分布、ガス速度分布を算出する。図１０に示すように、この発明にかかる高圧ガス噴流解析方法により算出された高圧ガス噴流物理量分布（最大濃度位置高さ、つまり漏洩孔５の中心軸（Ｘ方向）と直交する方向（Ｙ方向）のガス濃度分布に基づく最大濃度Ｃx）と距離Ｘとの関係は、Ｉに示す曲線となる。一方、従来の高圧ガス噴流解析方法により算出された最大濃度位置高さと距離Ｘとの関係は、Ｈに示す曲線となる。両曲線を比較するとほぼ同一な曲線である。これから、この発明にかかる高圧ガス噴流解析方法を用いた高圧ガス噴流７の予測結果（解析位置６における高圧ガス噴流物理量分布）の精度と、従来の高圧ガス噴流解析方法を用いた高圧ガス噴流７の予測結果の精度とはほぼ同一となる。つまり、この実施例２にかかる高圧ガス噴流解析方法を用いても、高圧ガス噴流７の予測結果の精度が低下することはない。
【００４９】
さらに、実施例２にかかる高圧ガス噴流解析方法は、従来の高圧ガス噴流解析方法のように高圧ガス噴流の解析メッシュごとに数値計算を行う必要がなく、式（１９）、式（２０）、式（２１）を計算することにより、高圧ガス噴流７の予測結果である高圧ガス噴流物理量分布であるガス濃度分布、ガス温度分布、ガス速度分布を得ることができる。つまり、式（１９）、式（２０）、式（２１）により高圧ガス噴流物理量分布を算出することができるので、高圧ガス噴流の予測を短時間で行うことができる。
【実施例３】
【００５０】
次に、実施例３にかかる高圧ガス噴流解析方法について説明する。ここでは、高圧ガス噴流７の非圧縮性領域に仮想漏洩孔を設定し、高圧ガス噴流７を非圧縮性流体として非圧縮性流体数値解析により高圧ガス噴流７の予測を行う場合について説明する。図１１は、実施例３にかかる高圧ガス噴流のモデルを示す図である。図１２は、実施例３にかかる高圧ガス噴流解析方法のフローチャートを示す図である。なお、図１１に示す実施例３にかかる高圧ガス噴流解析方法は、図３に示す実施例１にかかる高圧ガス噴流解析方法とほぼ同様であるので省略して説明する。
【００５１】
実施例３にかかる高圧ガス噴流解析方法においては、図１３に示す高圧ガス噴流モデルＭ２を用いる。この高速ガス噴流モデルＭ２では、高圧ガス噴流７の高圧ガス噴流物理量を無次元物理量である無次元最大濃度ＣMAX、無次元最大温度変化ΔＴMAX、無次元最大速度ｕMAXと無次元化距離Ｘ／θとの関係から予め算出された線形近似式である上記式（１５）、式（１６）、式（１７）を計算することで算出できる範囲内に、仮想漏洩孔５´を設定する。そして、この仮想漏洩孔５´から高圧ガスが漏洩すると仮定し、仮想漏洩孔５´から高圧ガスが漏洩する際に発生する仮想ガス噴流７´の非圧縮性流体数値解析を行うものである。つまり、解析位置６に仮想漏洩孔５´を設定し、漏洩孔５から漏洩する際に発生する高圧ガス噴流を非圧縮性流体として、高圧ガス噴流の予測を行うものである。
【００５２】
まず、図１４に示すように、解析処理装置２の処理部２ｃは、距離Ｘ、漏洩条件（タンク内圧力Ｐ、タンク内温度Ｔ0、漏洩孔５の口径Ｄ）、環境条件（大気密度ρa、大気温度Ｔe）を入力する（ステップＳＴ３００）。次に、処理部２ｃは、上記入力された漏洩条件（タンク内圧力Ｐ、タンク内温度Ｔ0）と環境条件（大気密度ρa、大気温度Ｔe）とに基づいて、上記の等エントロピー理論式である式（９）、式（１０）、式（１１）を計算し、出口ガス条件（出口ガス密度ρe、出口ガス温度Ｔe、出口ガス速度ｕe、出口ガス濃度Ｃe）を算出する（ステップ３０１）。
【００５３】
次に、処理部２ｃは、上記入力された漏洩条件（漏洩孔５の口径Ｄ）と環境条件（大気密度ρa）と上記算出された出口ガス条件（出口ガス密度ρe）とに基づいて、上記の式（１３）を計算し、無次元化基準値θを算出する（ステップＳＴ３０２）。次に、処理部２ｃは、上記入力された距離Ｘと上記算出された無次元化基準値θとに基づいて無次元化距離Ｘ／θを算出する（ステップＳＴ３０３）。
【００５４】
次に、処理部２ｃは、上記算出された無次元化距離Ｘ／θが線形近似範囲下限値（Ｘ／θ）1以上線形近似範囲上限値（Ｘ／θ）2以下であるか否かを判断する（ステップＳＴ２０４）。次に、処理部２ｃは、無次元化距離Ｘ／θが線形近似範囲内であると判断すると、無次元物理量である無次元最大濃度ＣMAX、無次元最大温度変化ΔＴMAX、無次元最大速度ｕMAXと無次元化距離Ｘ／θとの関係から予め算出された線形近似式である上記式（１５）、式（１６）、式（１７）を計算し、高圧ガス噴流物理量である解析位置濃度Ｃx、解析位置温度Ｔx、解析位置速度ｕxを算出する（ステップＳＴ３０５）。
【００５５】
次に、処理部２ｃは、図１３に示すように、解析位置６に仮想漏洩孔５´を設定する（ステップＳＴ３０６）。次に、処理部２ｃは、仮想漏洩条件を入力する（ステップＳＴ３０７）。仮想漏洩条件は、仮想漏洩孔５´におけるガス濃度、ガス温度、ガス速度、仮想漏洩孔５´の口径Ｄ´などである。ここで、仮想漏洩孔５´は解析位置６に設定されているので、仮想漏洩条件である仮想漏洩孔５´におけるガス濃度、ガス温度、ガス速度は、それぞれ上記線形近似式である上記式（１５）、式（１６）、式（１７）を計算し求められた高圧ガス噴流物理量である解析位置濃度Ｃx、解析位置温度Ｔx、解析位置速度ｕxとすることができる。つまり、上記算出された高圧ガス噴流物理量（Ｃx、Ｔx、ｕx）から仮想漏洩孔５´における仮想漏洩条件を取得する。なお、仮想漏洩孔５´の口径Ｄ´は、上記式（１８）により算出された噴流半値幅ｂを用いて設定する。
【００５６】
次に、処理部２ｃは、仮想漏洩孔５´から高圧ガスが漏洩する際に発生する仮想ガス噴流７´の非圧縮性流体数値解析を実行する（ステップＳＴ３０８）。つまり、仮想ガス噴流７´を非圧縮性流体として、非圧縮性流体数値解析を実行することで、高圧ガス噴流の予測を行う。ここで、非圧縮性流体解析には、自作の非圧縮性３次元流体解析コード、あるいは市販の汎用３次元非圧縮性流体解析コードを用いる。
【００５７】
次に、処理部２ｃは、上記非圧縮性流体数値解析を実行することで高圧ガス噴流の予測結果、例えば高圧ガス噴流物理量、高圧ガス噴流物理量分布などを入出力装置３の表示手段３ｂに出力する（ステップＳＴ３０９）。この表示手段３ｂには、高圧ガス噴流物理量、高圧ガス噴流物理量分布などが表示される。
【００５８】
以上のように、実施例３にかかる高圧ガス噴流解析方法では、上記線形近似式である上記式（１５）、式（１６）、式（１７）により高圧ガス噴流物理量を算出できる解析位置に仮想漏洩孔５´を設定する。つまり、仮想漏洩孔５´は、高圧ガス噴流の非圧縮領域に位置するので、この仮想漏洩孔５´から発生する仮想ガス噴流７´は、非圧縮性流体として扱うことができる。従って、仮想漏洩孔５´の仮想漏洩条件として、この高圧ガス噴流物理量（Ｃx、Ｔx、ｕx）を用い、仮想噴出孔５´から発生する仮想ガス噴流７´の非圧縮性流体数値解析を行うことで高圧ガス噴流の予測をすることができる。これにより、高圧ガス噴流の非圧縮領域の上記線形近似式（式（２）、式（３）、式（４））を用いることができる範囲外の解析位置における高圧ガス噴流物理量である解析位置濃度Ｃx、解析位置温度Ｔx、解析位置速度ｕxや高圧ガス噴流物理量分布であるガス濃度分布、ガス温度分布、ガス速度分布などの高圧ガス噴流の予測を行うことができる。また、漏洩孔５から漏洩する高圧ガスの噴流方向に障害物が存在しても、この障害物を考慮した非圧縮性流体数値解析を実行することで、障害物より漏洩孔５から離れた解析位置における高圧ガス噴流の予測を行うことができる。
【００５９】
〔変形例〕
上記実施例３にかかる高圧ガス噴流解析方法は、構造物であるタンク４の漏洩孔５の口径Ｄが小さくタンク内圧力Ｐがほとんど変化しない小規模漏洩、つまり経過時間ごとのタンク内圧力Ｐの変化を無視できる定常状態の漏洩における高圧ガス噴流７の予測方法である。次に、実施例３の変形例として、この漏洩孔５の口径Ｄが大きくタンク内圧力Ｐが大きく変化する大規模漏洩、つまり経過時間ごとのタンク内圧力Ｐの変化を考慮した非定常状態の漏洩における高圧ガス噴流の予測方法である高圧ガス噴流解析方法について説明する。図１３は、タンク内圧力Ｐと経過時間ｔとの関係を示す図である。図１４は、変形例にかかる高圧ガス噴流解析方法のフローチャートを示す図である。なお、変形例にかかる高圧ガス噴流解析方法は、図１２に示す実施例３にかかる高圧ガス噴流解析方法とほぼ同様であるので省略して説明する。
【００６０】
非定常状態の漏洩の場合は、図１３のＪに示す曲線のように、経過時間ｔに基づいてタンク内圧力Ｐが変化する。つまり、非定常状態の漏洩は、ノズル近傍の圧縮性領域および非圧縮性領域の圧縮性領域側付近（圧縮性領域入り口部）では、経過時間ｔ1，ｔ2…においてタンク内圧力Ｐ1，Ｐ2…が一定である定常状態の漏洩とみなすことができる。そこで、変形例にかかる高圧ガス噴流解析方法では、無次元物理量である無次元最大濃度ＣMAX、無次元最大温度変化ΔＴMAX、無次元最大速度ｕMAXと無次元化距離Ｘ／θとの関係から予め算出された線形近似式である上記式（１５）、式（１６）、式（１７）を計算することで高圧ガス噴流物理量（Ｃx、Ｔx、ｕx）を算出できる範囲内に、仮想漏洩降５´を設定する。そして、仮想漏洩孔５´の流速、濃度等の物理量を含む仮想漏洩条件を経過時間ｔ1，ｔ2…ごとの漏洩条件であるタンク内圧力Ｐ1，Ｐ2…に基づいて、算出された経過時間ｔ1，ｔ2…ごとの高圧ガス噴流物理量（Ｃx1，Ｃx2…、Ｔx1，Ｔx2…、ｕx1，ｕx2…）を線形補間した時間関数とする。そして、この仮想漏洩条件によって、この仮想漏洩孔５´から高圧ガスが漏洩すると仮定し、仮想漏洩孔５´から高圧ガスが漏洩する際に発生する仮想ガス噴流７´の非定常非圧縮性流体数値解析を行うものである。つまり、解析位置６に仮想漏洩孔５´を設定し、漏洩孔５から漏洩する際に発生する高圧ガス噴流を非圧縮性流体として、高圧ガス噴流の予測を行うものである。
【００６１】
まず、図１４に示すように、解析処理装置２の処理部２ｃは、経過時間ｔ1，ｔ2…ごとの漏洩条件であるタンク内圧力Ｐ1，Ｐ2…を算出する（ステップＳＴ３１０）。具体的には、まず、処理部２ｃに入力された初期のタンク内圧力Ｐに基づいて漏洩孔５から漏洩する高圧ガス噴出流量を算出する。次に、算出された噴出流量に基づいて経過時間ｔ1におけるタンク４内の高圧ガス質量を算出する。次に、算出された高圧ガス質量から経過時間ｔ1におけるタンク内圧力Ｐ1を算出する。さらに、算出された経過時間ｔ1におけるタンク内圧力Ｐ1に基づいて高圧ガス噴出流量を算出し、この高圧ガス噴出流量に基づいて経過時間ｔ2における高圧ガス質量を算出し、この高圧ガス質量から経過時間ｔ2におけるタンク内圧力Ｐ2を算出する。処理部２ｃは、上記処理を繰り返すことにより、経過時間ｔ1，ｔ2…ごとのタンク内圧力Ｐ1，Ｐ2…を算出する。
【００６２】
次に、処理部２ｃは、距離Ｘ、漏洩条件（タンク内温度Ｔ0、漏洩孔５の口径Ｄ）、環境条件（大気密度ρa、大気温度Ｔe）を入力する（ステップＳＴ３１１）。なお、漏洩条件である経過時間ｔ1，ｔ2…ごとのタンク内圧力Ｐ1，Ｐ2…は、上記ステップＳＴ３１０により算出されているので、ステップＳＴ３１１では入力されない。次に、処理部２ｃは、上記入力された漏洩条件（経過時間ｔ1，ｔ2…ごとのタンク内圧力Ｐ1，Ｐ2…、タンク内温度Ｔ0）と環境条件（大気密度ρa、大気温度Ｔe）とに基づいて、上記の等エントロピー理論式である式（９）、式（１０）、式（１１）を計算し、経過時間ｔ1，ｔ2…ごとの出口ガス条件（出口ガス密度ρe1，ρe2…、出口ガス温度Ｔe1，Ｔe2…、出口ガス速度ｕe1，ｕe2…、出口ガス濃度Ｃe1，Ｃe2…）を算出する（ステップ３１２）。
【００６３】
次に、処理部２ｃは、上記入力された漏洩条件（漏洩孔５の口径Ｄ）と環境条件（大気密度ρa）と上記算出された出口ガス条件（経過時間ｔ1，ｔ2…ごとの出口ガス密度ρe1，ρe2…）とに基づいて、上記の式（１３）を計算し、経過時間ｔ1，ｔ2…ごとの無次元化基準値θN1，θN2…を算出する（ステップＳＴ３１３）。次に、処理部２ｃは、算出された経過時間ｔ1，ｔ2…ごとの無次元化基準値θN1，θN2…と線形近似範囲下限値（Ｘ／θ）1に基づいて、下記の式（２２）を計算し、線形近似下限距離ＸN1，ＸN2…を算出する（ステップＳＴ３１４）。
ＸN＝（Ｘ／θ）1×θN                                              …（２２）
【００６４】
次に、処理部２ｃは、上記算出された線形近似下限距離ＸN1，ＸN2…の中で、すべての経過時間ｔで線形近似が可能となるように、線形近似下限距離ＸN1，ＸN2…のうち最大の値の位置を仮想漏洩孔位置ＸISと決定する（ＳＴ３１５）。
【００６５】
次に、処理部２ｃは、決定された仮想漏洩孔位置ＸISに基づいて、経過時間ｔ1，ｔ2…ごとの仮想無次元化距離ＸIS／θISを算出し、この経過時間ｔ1，ｔ2…ごとの仮想無次元化距離ＸIS／θISに基づいて無次元物理量である無次元最大濃度ＣMAX、無次元最大温度変化ΔＴMAX、無次元最大速度ｕMAXと無次元化距離Ｘ／θとの関係から予め算出された線形近似式である上記式（１５）、式（１６）、式（１７）を計算し、経過時間ｔ1，ｔ2…ごとの仮想漏洩条件（つまり仮想漏洩孔出口条件）である解析位置濃度Ｃx1，Ｃx2…、解析位置温度Ｔx1，Ｔx2…、解析位置速度ｕx1，ｕx2…を算出する（ステップＳＴ３１６）。
【００６６】
次に、処理部２は、上記算出された経過時間ｔ1，ｔ2…ごとの仮想漏洩条件（解析位置濃度Ｃx1，Ｃx2…、解析位置温度Ｔx1，Ｔx2…、解析位置速度ｕx1，ｕx2）を時間に対して線形補間することにより、仮想漏洩孔出口条件である仮想漏洩条件の時間関数、をＣx＝ｆCx（ｔ）、Ｔx＝ｆTx（ｔ）、ｕx＝ｆux（ｔ）を作成する（ステップＳＴ３１７）。
【００６７】
次に、処理部２ｃは、高圧ガス噴流の下流側に位置する仮想漏洩孔位置ＸISに仮想漏洩孔５´を設定する（ステップＳＴ３１８）。次に、処理部２ｃは、上記作成した仮想漏洩条件の時間関数（Ｃx＝ｆCx（ｔ）、Ｔx＝ｆTx（ｔ）、ｕx＝ｆux（ｔ））を仮想漏洩条件として入力する（ステップＳＴ３１９）。ここで、仮想漏洩条件は、仮想漏洩孔５´におけるガス濃度、ガス温度、ガス速度、仮想漏洩孔５´の口径Ｄ´などである。
【００６８】
次に、処理部２ｃは、仮想漏洩孔５´から高圧ガスが漏洩する際に発生する仮想ガス噴流７´の非定常非圧縮性流体数値解析を実行する（ステップＳＴ３２０）。つまり、仮想ガス噴流７´を非圧縮性流体として、非定常非圧縮性流体数値解析を実行することで、高圧ガス噴流の予測を行う。ここで、非圧縮性流体解析には、自作の非圧縮性３次元流体解析コード、あるいは市販の汎用３次元非圧縮性流体解析コードを用いる。
【００６９】
次に、処理部２ｃは、上記非定常非圧縮性流体数値解析を実行することで高圧ガス噴流の予測結果、例えば任意経過時間における高圧ガス噴流物理量あるいは高圧ガス噴流物理量分布などを入出力装置３の表示手段３ｂに出力する（ステップＳＴ３０９）。この表示手段３ｂには、任意経過時間における高圧ガス噴流物理量あるいは高圧ガス噴流物理量分布などが表示される。
【００７０】
以上のように、変形例にかかる高圧ガス噴流解析方法では、漏洩孔５が大きいために経過時間ｔ1，ｔ2…によって漏洩条件（タンク内圧力Ｐ）が変化する非定常状態の漏洩の場合において、無次元化距離Ｘ／θと無次元物理量とに基づいて予め算出された線形近似式に経過時間ｔ1，ｔ2…ごとの漏洩条件、環境条件、経過時間ｔ1，ｔ2…ごとの漏洩条件に基づいて算出された経過時間ごとｔ1，ｔ2…の出口ガス条件を与え、ｔ1，ｔ2…ごとの仮想漏洩孔５´における高圧ガス噴流物理量（Ｃx1，Ｃx2…、Ｔx1，Ｔx2…、ｕx1，ｕx2…）を算出し、これらを線形補間することにより作成した仮想漏洩条件としての時間関数を用いて非定常非圧縮性流体数値解析を行う。これにより、従来の高圧ガス噴流解析方法のように、経過時間ごとの漏洩条件の変化を考慮した複雑な非定常性圧縮性流体解析を行う必要がなく、各下流位置での経過時間ごとの高圧ガス噴流物理量あるいは高圧ガス噴流物理量分布を得ることができる。例えば、同一の高圧ガス噴流解析装置１を用いた場合においては、変形例にかかる高圧ガス噴流解析方法によれば、従来の高圧ガス噴流解析方法に対して計算時間を１／５０程度にすることができる。つまり、膨大な計算時間を要する非定常圧縮性流体数値解析の代わりに、仮想漏洩孔５´での仮想漏洩条件としての時間関数を用いて非定常非圧縮性流体数値解析行うことにより、非定常状態の漏洩による高圧ガス噴流の予測を短時間で行うことができる。
【００７１】
なお、上記実施例においては、高圧ガス噴流解析方法により高圧ガス噴流物理量である解析位置濃度Ｃx、解析位置温度Ｔx、解析位置速度ｕx、高圧ガス噴流物理量分布であるガス濃度分布、ガス温度分布、ガス速度分布のすべてを算出しているがいずれかのみを算出するようにしても良い。
【００７２】
また、上記実施例においては、環境条件として自然風速度〔ｍ／ｓ〕を追加しても良い。これにより、高圧ガス噴流７の予測結果が自然風を考慮したものとなり、自然風を考慮しない場合と比較して、高圧ガス噴流７の予測精度がさらに向上する。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
以上のように、この発明にかかる高圧ガス噴流解析方法、高圧ガス噴流解析装置および高圧ガス噴流解析プログラムは、高圧ガス貯蔵施設の安全性評価の際に有用であり、特に、高圧ガス噴流の予測を短時間で行うのに適している。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】この発明にかかる高圧ガス噴流解析方法を実行する高圧ガス噴流解析装置の構成例を示す図である。
【図２】実施例１にかかる高圧ガス噴流のモデルを示す図である。
【図３】実施例１にかかる高圧ガス噴流解析方法のフローチャートを示す図である。
【図４】無次元最大濃度ＣMAXと無次元化距離Ｘ／θとの関係を示す図である。
【図５】無次元最大温度変化ΔＴMAXと無次元化距離Ｘ／θとの関係を示す図である。
【図６】無次元最大速度ｕMAXと無次元化距離Ｘ／θとの関係を示す図である。
【図７】線形近似範囲上限値（Ｘ／θ）2の一例を示す図である。
【図８】解析位置濃度Ｃxと距離Ｘとの関係を示す図である。
【図９】実施例２にかかる高圧ガス噴流解析方法のフローチャートを示す図である。
【図１０】最大濃度位置高さと距離Ｘとの関係を示す図である。
【図１１】実施例３にかかる高圧ガス噴流のモデルを示す図である。
【図１２】実施例３にかかる高圧ガス噴流解析方法のフローチャートを示す図である。
【図１３】タンク内圧力Ｐと経過時間ｔとの関係を示す図である。
【図１４】変形例にかかる高圧ガス噴流解析方法のフローチャートを示す図である。
【符号の説明】
【００７５】
１  高圧ガス噴流像解析装置
２  解析処理装置
３  入出力装置
４  タンク（構造物）
５  漏洩孔
６  解析位置
７  高圧ガス噴流
８  中心軸
Ｍ１，Ｍ２  高速ガス噴流モデル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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