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Effects of mesh size on wrinkle behavior of H$$_{2}$$-air premixed flame inside of a vessel; Numerical simulations by using XiFoam

密閉容器内における水素-空気予混合火炎のしわ状火炎挙動に及ぼす解析格子サイズの影響; XiFoamを用いた数値シミュレーション

Thwe, T. A.  ; 寺田 敦彦  ; 日野 竜太郎; 門脇 敏

Thwe, T. A.; Terada, Atsuhiko; Hino, Ryutaro; Kadowaki, Satoshi

高レベル放射性廃棄物容器内の水の放射線分解により発生する水素の燃焼と爆発の危険性を減らすためには水素燃焼現象および特性を理解する必要があり、そのためにCFDは重要な役割を果たしている。本研究では、勝身ら[長岡技術科学大学]による水素-空気爆発実験から推定された新しい層流火炎速度モデルをオープンソースコードXiFoamソルバーに実装して、解析格子サイズ(2mm$$sim$$0.625mm)によるしわ状火炎への影響を明らかにするために、水素-空気予混合火炎伝播シミュレーションを行った。その結果、格子サイズを1mm以下とすることで、着火から0.003秒から0.006秒までは火炎温度と火炎半径はほぼ同じであることと、0.006秒以降で火炎に固有不安定性効果による温度, 伝播速度の加速効果が現れることがわかった。解析格子サイズが小さくなると、点火領域の格子点数の増加とともに火炎温度が上昇して火炎半径も大きく、実験と同様な、しわ状火炎面を確認できるようになった。

For the risk reduction on hydrogen combustion and explosion due to hydrogen generated by radiolysis of water inside of high-level radioactive waste vessels, understanding the phenomena and characteristics of hydrogen combustion is necessary, and CFD approaches are of important role. In this numerical simulation, XiFoam solver was modified by adding a new laminar flame speed model deduced from experiment by Katsumi et al. (Nagaoka University of Technology). It reproduced the propagation of H$$_{2}$$-air premixed flame and we clarified the effects of mesh size (2 mm to 0.625 mm) on wrinkle behavior. The results showed that the mesh size should be equal to or less than 1.0mm to observe the wrinkle behavior of flame in which the flame temperature and radius for each mesh size were almost same at 0.003s to 0.006s, and then the former increased and the later became large due to intrinsic instabilities. The wrinkle flame shape from the simulation was similar to that from the experiment when the mesh size became small.

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