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) be 験 : Ⅰ 単 tube burning 焼 : フ ラ ッ シ ュ バ ッ ク の measuring が may な 焼, and weak cycle combustion び シ ス テ ム を し design, safety device と し て, light セ ン サ ー に よ る backfire 検 と fuel supply automatic stop mechanism, フ レ ー ム ア レ ス タ ー, ラ プ チ ャ ー デ ィ ス ク を using し た. ま た, burning 焼 export か ら upper side の metal wall を quartz ガ ラ ス tube に - more し フ ラ ッ シ ュ バ ッ ク 発 he の burning device inside に 焼 お け る fire inflammation と velocity field の 挙 still の visualization を might と し た. Above の function を hold つ を production し 焼 device, to prepare test と し て フ ラ ッ シ ュ バ ッ ク 発 after living に お け る 焼 device inside - move 圧, OH * 発 light portraits, velocity field (PIV) の high time breakdown can at the same time measuring を be applied し た. そ の results, バ ル ク velocity of 15 m/s の water element - empty 気 and thin to mix fire inflammation に つ い て, equivalent ratio of about 0.63 で フ ラ ッ シ ュ バ ッ ク が 発 raw す る こ と を confirm し, burning の 焼 device safety device が normal に 働 く こ と を confirm し た. Youdaoplaceholder0, above record three points of the measurement item に また て て た, problem なく measurement がで る る る とを とを confirm た た. (ii)アニュラ burner 焼 : バ ル ク velocity of 5 m/s, equivalent ratio of 0.4, burning 焼 device inside with さ 150 ~ 335 mm (inside diameter 140 mm), the outer wall high さ 250 ~ 400 mm (outer diameter 250 mm) の test conditions に お い て water element を fuel used い た and thin to mixed burning 焼 test を be し, burning 焼 apparatus - 圧, OH * 発 portrait of light, The flow velocity field (PIV), the <s:1> sound pressure レベ レベ (SPL) <s:1> meter on the outside of the gas 焼 device measures the を row った. Measuring の as a result, the lining high さ 220 mm, the outer wall high さ 350 mm の conditions に お い て, cycle for about 1300 hz, lateral amplitude about 15 ~ 20 pa の combustion 焼 apparatus weeks direction モ ー ド の pressure - move を confirm し た. ま た, OH * 発 light portraits と PIV measuring results の か ら, 隣 meet す る fire inflammation の dry involved strong が く 発 raw し て い る こ と が Ming ら か と な っ た. (2) the numerical computing: be 験 で design さ れ た 単 help burning 焼 apparatus お よ び ア ニ ュ 焼 ラ combustion apparatus を like に, seaborne メ ッ シ ュ done お よ び try line calculation を っ た. こ の results, 単 tube burning 焼 お よ び ア ニ ュ ラ combustion 焼 の turbulence in condenser 焼 field を イ ン ハ ウ ス の rectangular coordinate system コ ー ド FK3 を with い た LES に よ り almost ね reappearance may で あ る こ と を confirm し た. ま た, water element 焼 に 顕 the と な る sentaku company, scattered の unseen fruit を may consider な フ レ ー ム レ ッ を established し ト method, そ の have sharper sex を Ming ら か に し た.

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