Numerical simulation on propagation of hydrocarbon flame in a deformable tube

변형하는 가스 이송관 내에서 전파하는 탄화수소화염의 수치 해석 모델링

This paper presents a numerical investigation on propagation of hydrocarbon (ethylene-air mixture) detonation in a deformable copper tube. In this study, we deal with interactions of multi-materials, gas and solid. In gas phase, the model consists of the reactive compressible Navier-Stokes equations and one step chemical reaction. Also we use Inviscid Euler equations in solid. In order to the interface tracking and the determination of boundary values, our model handle level-set and ghost fluid method. Through the numerical simulation results, we identify generations of expansion waves and interferences by the wall deformation. In addition, we predict the minimum copper tube thickness that ensures safety under an incident detonation.

본 연구는 에틸렌-공기 혼합물로 채워져 있는 변형 가능한 구리 관에서의 초음속 화염 전파를 수치적으로 살펴보았다. 탄화수소의 화염 전파를 해석하기 위하여 지배방정식으로 Navier-Stokes 방정식과 Arrhenius 형태의 1단계 화학 반응식을 활용하였으며 변형 가능한 관을 해석하기 위하여 Inviscid Euler 방정식을 활용하였다. 또한, 두 물질 간 경계면 추적을 위하여 Level-set 기법을, 경계값 결정을 위하여 ghost fluid 기법을 사용하였다. 이러한 수치적 기법을 바탕으로 관의 변화에 따른 초음속 화염 내 팽창파의 전파 및 그에 따른 간섭 현상을 밀도 및 속도 변화를 통해 확인하였으며 초음속 화염 전파에도 안전성이 확보되는 최소 관 두께를 예측할 수 있는 수치적 기반을 마련하였다.