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

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(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．