高機能・高精度流体解析ソルバ CRUNCH CFD

メタン-空気噴流火炎の燃焼解析

CABRA Flameと呼ばれる本火炎は、図1(a)に示すように、周囲を同心環状の既燃ガス流に囲まれた燃料噴流から構成されています。燃料のメタンの着火遅れにより、図1(b)のように、火炎はリフトして浮き上がった状態で安定します。

図1：メタン-空気噴流火炎

CRUNCH CFDの解析で用いた計算格子を図2に示します。2次元軸対称を仮定して周方向10ﾟ分を計算対象とし、表1に示す実験条件を用いました。

図2：計算格子

表1：実験条件

本事例では、燃焼モデルとして、Laminar Flamelet Model（LFM）とFlamelet Generated Manifold（FGM）＋Progress Variable（PV：反応進行度）の2種類を適用した燃焼解析を実施しました。
両者の温度分布の比較を図3に示します。図3において、LFMでは火炎はバーナノズル先端に付着していますが、FGM＋PVではバーナノズルから少し離れた位置にリフト火炎が形成され、実験結果に近い火炎形状が得られています。
LFMでは燃料と酸化剤の混合即燃焼となりますが、PVを考慮することにより着火遅れや消炎などの現象を予測可能です。

図3：燃焼モデルの違いによる温度分布の比較