Forschungszentrum Karlsruhe - Wissenschaftliche Berichte – FZKA 7115

Simulation of Combustion Processes in Lean H2-Air Mixtures: Conservatism of COM3D Results

A. Kotchourko

Abstract
In a large number of validation calculations during the last decade it was shown that the COM3D code can satisfactorily predict all main characteristics of flame acceleration and flame propagation for mixtures in the range of concentrations from 11 to 30% vol. H2 in air. For mixtures below 11% a demonstration of the conservatism of the calculated pressure loads would extend the applicability of the code to lean mixtures in the sense that at least bounding predictions can be made. The simulation of the experiment mc043, which was carried out in the course of the EU Fifth Framework Program Project HYCOM was used to demonstrate the main characteristics of the simulations with the COM3D code in the range of leaner mixtures. The paper describes the work which was performed with the aim to qualify the abilities of the COM3D code to provide reliable results for turbulent combustions in H2-air mixtures with lower hydrogen concentrations. The paper includes: a description of the code combustion model; a description and experimental details of the experiment mc043; and a description of the simulation of the experiment mc043 and discussion of the obtained results.

Berechnung von Verbrennungsvorgängen in mageren H2-Luft Gemischen: Konservativität der COM3D Ergebnisse

Zusammenfassung
In den letzten 10 Jahren wurde durch eine große Anzahl von Validierungsrechnungen gezeigt, dass der COM3D Code alle wesentlichen Merkmale der Flammenausbreitung und der Flammenbeschleunigung für Mischungen im Konzentrationsbereich von 11 bis 30% Vol. H2 in Luft zufriedenstellend beschreiben kann. Eine Demonstration der Konservativität der berechneten Drucklasten bei Mischungen unterhalb 11% Vol. würde die Anwendbarkeit des Codes dahingehend erweitern, dass zumindest die maximalen Lasten abgeschätzt werden können. Die Berechnung des Experiments mc043, das innerhalb des Projektes HYCOM des 5. Rahmenprogramms der EU durchgeführt wurde, wurde benutzt, um die wesentlichen Merkmale der COM3D-Simulationen bei mageren Gemischen aufzuzeigen. Dieser Bericht beschreibt die Arbeiten, die mit dem Ziel durchgeführt wurden, den COM3D Code für turbulente Verbrennung in H2-Luft-Gemischen bei niedrigen Wasserstoffkonzentrationen zu qualifizieren. Dieser Bericht beinhaltet: eine Beschreibung des Verbrennungsmodells, eine Beschreibung und experimentelle Details des Experiments mc043, eine Beschreibung der Simulation des Experiments mc043 und eine Diskussion der Ergebnisse.

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