Elucidation of unstable combustion and construction of its AI-based sign detection for hydrogen combustion under lean-burn condition

稀燃条件下氢气燃烧不稳定燃烧的阐明及其基于人工智能的信号检测构建

• 批准号: 22H00192
• 负责人: 黒瀬 良一
• 金额: $ 27.54万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H00192/
• 关键词: 不安定燃焼; 水素; AI検知; 計測; 数値シミュレーション; 水素燃焼

(1) 実験：(Ⅰ)単管燃焼器：フラッシュバックの計測が可能な弱旋回燃焼器及びシステムを設計し，安全装置として，光センサーによる逆火検知と燃料供給自動停止機構，フレームアレスター，ラプチャーディスクを採用した．また，燃焼器出口から上流側の金属壁を石英ガラス管に変更し，フラッシュバック発生時の燃焼器内部における火炎と流速場の挙動の可視化を可能とした．以上の機能を持つ燃焼器を製作し，予備試験としてフラッシュバック発生前後における燃焼器内変動圧，OH*自発光画像，流速場（PIV）の高時間分解能同時計測を実施した．その結果，バルク流速15m/sの水素-空気希薄予混合火炎について，当量比約0.63でフラッシュバックが発生することを確認し，燃焼器の安全装置が正常に働くことを確認した．また，上記3点の計測項目についても，問題なく計測ができることを確認した．(Ⅱ)アニュラ燃焼器：バルク流速5m/s，当量比0.4，燃焼器内壁高さ150~335mm（内壁外径140mm），外壁高さ250~400mm（外壁内径250mm）の試験条件において水素燃料を用いた希薄予混合燃焼試験を実施し，燃焼器内変動圧，OH*自発光画像，流速場（PIV），燃焼器外側の音圧レベル（SPL）の計測を行った．計測の結果，内壁高さ220mm，外壁高さ350mmの条件において，周波数約1300Hz，片側振幅約15～20Paの燃焼器周方向モードの圧力変動を確認した．また，OH*自発光画像とPIV計測の結果から，隣接する火炎の干渉が強く発生していることが明らかとなった．(2)数値計算：実験で設計された単缶燃焼器およびアニュラ燃焼器を対象に，メッシュ作成，および試計算を行った．この結果，単管燃焼器およびアニュラ燃焼器内の乱流燃焼場をインハウスの直交座標系コードFK3を用いたLESにより概ね再現可能であることを確認した．また，水素燃焼に顕著となる選択拡散の効果を考慮可能なフレームレット法を確立し，その有効性を明らかにした．

(1)実験: (Ⅰ) Single-tube burner: フラッシュバックのmeasurement possibility, weak rotation burner and びシステムを design, safety deviceて, Hikari センサーによるBackfire 検知と automatic fuel supply stop mechanism, フレームアレスター, ラプチャーディスクを adopts した.また, the metal wall on the upstream side of the burner outlet, the quartz ガラス pipe, the に変change, フラッシュバIt is possible to visualize the movement of the flames and flow velocity field inside the burner when the heat is generated. The above-mentioned functions are made by holding the burning yakiware and are ready for testing. The dynamic pressure in the oven, the OH* self-illumination image, and the high time resolution of the flow velocity field (PIV) can be measured simultaneously. As a result, the water flow rate of バルク is 15m/s, and the equivalence ratio is about 0.63でフラッシュバックが発生することをconfirmationし, the safety device of the burner is normal and に働くことをconfirmation した．また, the 3-point measurement item mentioned above is についても, and the problem is measured and confirmed した. (Ⅱ) Amirara burner: Aragure flow velocity is 5m/s, equivalence ratio is 0.4, the inner wall height of the burner is 150~335mm (the outer diameter of the inner wall is 140mm), and the outer wall height is 250~400mm (the inner diameter of the outer wall is 250mm) The test conditions are as follows: Hydrogen fuel is used to mix the fuel and the test conditions are applied, and the internal pressure of the burner is O H* self-illumination image, flow velocity field (PIV), measurement and measurement of pressure pressure outside the burner (SPL). The measurement results show that the inner wall height is 220mm and the outer wall height is 350mm. The condition is that the frequency is about 1300Hz and the plate side amplitude is about 15~20Pa. The pressure force in the circumferential direction of the burner is confirmed.また, OH*Automatic image and PIV measurement result から, adjacent する火火の干渉が强く発生していることが明らかとなった． (2) Calculation of numerical value: 実験で design, された単缶火缼器, およびアニュラburning device, を対肖に, メッシュ, make, および trial calculation, を行った. As a result, the turbulent flow inside the single-tube burner is the direct intersection of the burner and the burner. The coordinate system FK3 can be reproduced using the LES outline and confirmed.また, the effect of the water-burning yakizao and the となる selection of the 択拡san is considered possible. The なフレームレット法を is established.

项目成果

Pressure-based semi-implicit solver considering real gas effect

考虑真实气体效应的基于压力的半隐式求解器

• 发表时间: 2023
• 作者: Sho Wada;Reo Kai;Ryoichi Kurose
• 通讯作者: Ryoichi Kurose

Investigation of combustion noise generated by an open lean-premixed H2/air low-swirl flame using the hybrid LES/APE-RF framework

使用混合 LES/APE-RF 框架研究开放式稀薄预混氢气/空气低旋流火焰产生的燃烧噪声

• DOI: 10.1016/j.combustflame.2022.112360
• 发表时间: 2022
• 期刊: Combustion and Flame
• 影响因子: 4.4
• 作者: Pillai Abhishek Lakshman;Inoue Shimpei;Shoji Takeshi;Tachibana Shigeru;Yokomori Takeshi;Kurose Ryoichi
• 通讯作者: Kurose Ryoichi

LES flamelet modeling of hydrogen combustion considering preferential diffusion effect

• DOI: 10.1016/j.ijhydene.2022.12.164
• 发表时间: 2022-12
• 期刊: International Journal of Hydrogen Energy
• 影响因子: 7.2
• 作者: R. Kai;Taiki Tokuoka;J. Nagao;A. Pillai;R. Kurose

A study on FGM method considering preferential diffusion for numerical simulation of hydrogen/air premixed flame

考虑优先扩散的FGM方法在氢/空气预混火焰数值模拟中的研究

• 发表时间: 2023
• 作者: Reo Kai;Kazuhiro Kinuta;Ryoichi Kurose
• 通讯作者: Ryoichi Kurose

Effect of increased equivalence ratio on combustion instability of premixed hydrogen flames in lowswirl combustor

提高当量比对低旋流燃烧室预混氢火焰燃烧不稳定性的影响

• 发表时间: 2023
• 作者: Jun Nagao;Maho Kawai;Abhishek L. Pillai;Ryoichi Kurose
• 通讯作者: Ryoichi Kurose