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TFC modeling of hydrogenated methane premixed combustion

A. Mameri1, A. Kaabi2 and I. Gökalp3

1 Institut des Sciences Technologiques, Centre Universitaire Larbi Ben M’Hidi, Oum El Bouaghi, Algérie
2 Département du Génie Climatique, Université des Frères Mentouri, Constantine, Algérie
3 Institut de Combustion, Aérothermique, Réactivité et Environnement, ‘ICARE’, CNRS, Orléans, France

Abstract

The use of hydrogenated fuels shows considerable promise for applications in gas turbines and internal combustion engines. Hydrogen addition to methane will have an important role to reach a fully developed hydrogen economy. The effects of this addition on the flame structure is evaluated in three fuels with the following compositions at constant global equivalent ratio : 100 % CH4, 10 % H2 + 90 % CH4, 20 % H2 + 80 % CH4. The turbulence is modeled by the standard k - ε model which is improved by the Pope correction in order to better predict round jet spreading. Combustion is modeled by the turbulent flame closure (TFC) model which is used with flamelet to give detailed chemistry. Computations were achieved by the ANSYS CFX code. A good agreement with experiments was found, it was noted that one can replace a significant fraction of basic fuel by hydrogen without making recourse to major modifications on the installations.

Résumé

L’utilisation de combustibles hydrogénés est très prometteuse pour des applications dans les turbines à gaz et les moteurs à combustion interne. L’hydrogène en addition avec le méthane aura un rôle important pour arriver à une économie en hydrogène pleinement développé. Les effets de cet ajout sur la structure de la flamme est évalué à trois carburants à la suite de compositions à taux constant global équivalent : 100 % CH4, 10 % H2 + 90 % CH4, 20 % H2 + 80 % CH4. La turbulence est modélisé par le modèle standard k - ε, qui est inspiré par la correction de Pope, afin de mieux prédire la propagation du jet. La combustion est modélisée par le modèle de la fermeture de la flamme turbulente (TFC), qui est utilisé avec des flamelets de façon détaillée en chimie. Les calculs ont été réalisés par le code ANSYS CFX. Un bon accord a été trouvé avec les expériences. Il est à noter que l’on peut remplacer une fraction importante du carburant de base par de l’hydrogène sans recourir à des modifications importantes sur les installations.

Keywords

Premixed flames - Hydrogenated fuels - Burning velocity - Turbulent flame speed.

TFC modeling of hydrogenated methane premixed combustion
Texte intégral

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