氢能被誉为“终极能源”，其未来的产业化具有无限的想象空间。相比于石化能源，氢气具有零排放、火焰速度高、更高的热值，并且可以作为燃料电池成为动力源的替代方法。但氢气密度很低，需要高压或低温存储。无论是在存储、运输还是使用上都需要在设计上预防爆炸的风险。CFD作为一种低成本又可靠的预测工具，可以在应对上述挑战中发挥积极的作用。
氢气的燃烧状态主要经历如下三个状态：1. 自燃（Deflagration）：层流亚音速燃烧速度，中等超压；2. 自燃向爆炸的转捩（Deflagration-To-Detonation，DDT）：湍流和物理阻碍下的火焰速度，自给过程；3.爆炸（Detonation）：强烈的冲击波穿过未燃混合气，压缩并加热；火焰前锋以高于音速的速度跟随冲击。
针对上述状态和过程，CONVERGE选取了相应的应用场景和实验条件给出了CFD解决方案：
| 管道长度 | 容器压力 [atm] | |
| case1 | 65mm |
64 |
| case2 |
65mm | 96 |
从仿真结果可以看到（如图3），H2的自燃首先发生在壁面附近，随着激波过程火焰移动到了管路中心。
根据实验条件[3]，在一段5400mm x 60mm x 300mm的封闭管路中存在7组阻碍物，阻塞比为60%，最左侧的壁面位置为点火源，如图4 。
图4 阻塞管路结构
管路内H2浓度为30%，在高度方向上不均匀分布（如图5 ）。
图5 管路高度方向H2浓度分布曲线
CONVERGE采用LES湍流模型和详细机理以及增厚火焰模型（TFM）来模拟湍流和燃烧。网格策略如图6，在点火位置附近以及阻塞壁面都采用局部加密至4.4e-5m，计算域主体更大网格尺寸为2.8e-3m，AMR自适应网格技术可以更高效的捕捉火焰前锋，温度和速度AMR最小网格尺寸为4.4e-5m。
图6 网格策略
阻塞管路中着火至爆炸过程如图7。
图7 H2燃烧过程
不同监控位置的压力值，CONVERGE仿真结果和实验结果保持了很高的一致性，如图8。
图8 不同监控点压力实验数据和仿真数据对比
通过对H2安全性相关的应用场景下CFD模型的建立和验证展示了CONVERGE在此类场景中的预测能力。在不同的H2燃烧状态下，CONVERGE的仿真结果都和实验参考数据具有合理的吻合性。除此之外，氢能行业用户还在氢气储存和安全及低温条件等场景下积极采用CFD技术作为预测和评估手段。
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1. Burke et al.,Int. J. Chem. Kinet. (44), 2008, pp – 444-474
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2. Mechanisms of high-pressure hydrogen gas self-ignition in tubes, 2008; V.V. Golub.
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3. Wang CJ et al. International Journal of Hydrogen Energy, 2017, Vol. 42: 7657-7663.