予混合火炎の逆火現象を弊社自社開発CFDソルバー「Advance/FrontFlow/red」搭載の詳細化学反応機構を用いて二次元解析した例をご紹介します。

この解析では、化学反応機構として、GRI-Mech3.0 と簡略化反応機構（Bilger et al.）を用いています（それぞれ GRI-Mech3.0 と Reduced と表示）。動画において、左から温度分布（簡略化反応機構）、温度分布（GRI-Mech3.0）、OH の質量分率分布（簡略化反応機構）、OH の質量分率分布（GRI-Mech3.0）を表しています。

この混合気条件では、化学反応機構の違いにより３割程度逆火速度に違いが見られ、適切な化学反応機構を選択する重要性が確認できました。

＊ 計算条件

・流体：水素ーメタンー空気混合気（Φ=0.535,%H2=95%）

・主流速度：0.700 m/s から徐々に低下

・スリット幅と隣り合うスリット間の幅:1 mm

・スリットにおける逆火速度：2.0 m/s

Advance/FrontFlow/redでは、ユーザーにより化学反応機構を任意に設定することが可能であるため、計算コストや計算精度を考慮した解析が可能です。

どれを使えばよいか分からないユーザーへは、複数のモデルの中から適切なモデルを提供可能です。

＊ 計算コスト

・Cell数：21,534（Point数：45,000）

・計算時間（GRI-Mech3.0）：10 h 00 m 00 s（MPI並列数：56）

・計算時間（簡略化反応機構）：0 h 30 m 00 s（MPI並列数：56）

＊ 参考論文

Fruzza, F., Lamioni, R., Mariotti, A., Salvetti, V. M., Galletti, C., “Flashback propensity due to hydrogen blending in natural gas: Sensitivity to operating and geometrical parameters,” Fuel, Vol. 362, 130838, 2024.