Interaction of hydrogen flames and smart effusion-cooled gas turbine combustor walls
氢火焰与智能喷射冷却燃气轮机燃烧室壁的相互作用
基本信息
- 批准号:523792378
- 负责人:
- 金额:--
- 依托单位:
- 依托单位国家:德国
- 项目类别:Priority Programmes
- 财政年份:
- 资助国家:德国
- 起止时间:
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
The aim of this project is to research the scientific fundamentals of self-adapting effusion cooling for future hydrogen-powered gas turbines. The research concept encompasses and interlinks thermofluidic and materials science issues. In hydrogen combustion, there is a very intensive interaction of the flame with the combustion chamber wall due to significantly smaller flame quenching distances compared to conventional fuels. This results in higher wall heat fluxes and the need for adapted cooling for hydrogen operation. Effusion cooling is suitable because of its high efficiency and relatively low cooling mass flow requirement. In this project, functionalized smart wall structures with integrated sensors and actuators for effusion cooling will be produced using additive manufacturing (AM) processes and their interaction and stability with lean hydrogen flames will be investigated. Temperature sensors will be integrated into the wall to determine wall heat loads for different flame-wall interaction scenarios. AM fabricated porous wall structures will be used to generate a uniform cooling film. As a visionary concept, high-temperature shape memory alloys will be explored in combination with auxetic structures as actuators for self-adapting (smart) control of the cooling air mass flow as a function of the wall heat load (sensor) due to hydrogen combustion. These complex wall structures will be characterized in laboratory experiments with regard to cooling efficiency and interaction between hydrogen flame, cooling air flow and wall using modern laser measurement technology. One focus is on the investigation of the near-wall flame structure and whether it is significantly influenced by thermodiffusive and hydrodynamic instabilities as in flames far from walls. These experimental data will be used to validate innovative mathematical combustion models that take into account the specifics of near-wall lean hydrogen combustion. The prediction quality of the numerical simulation tools developed in the project will be evaluated for the different wall cooling concepts. Thus, the project contributes significantly to the predictive engineering approach, which is essential for the rapid deployment of hydrogen-fueled gas turbines.
该项目的目的是研究为未来氢能驱动的燃气轮机进行自调整积液冷却的科学基础。研究概念涵盖并互相链接热流体和材料科学问题。在氢燃烧中,由于与常规燃料相比,火焰与燃烧室壁的相互作用非常密集。这导致较高的壁热通量以及对氢气运行的适应冷却的需求。由于其高效率和相对较低的冷却质量流量需求,因此排放冷却是合适的。在这个项目中,将研究具有集成传感器和用于积液冷却的致动器的智能壁结构,将使用增材制造(AM)工艺产生,并将研究其与瘦氢火焰的相互作用和稳定性。温度传感器将集成到墙壁中,以确定不同火焰壁相互作用方案的壁热载荷。 AM制造的多孔壁结构将用于生成均匀的冷却膜。作为一个有远见的概念,将与辅助结构结合探索高温形状的记忆合金,作为自燃料燃烧引起的壁热负载(传感器)的自我调整(智能)控制的执行器(智能)控制。这些复杂的壁结构将在实验室实验中进行表征,以使用现代激光测量技术在氢火焰,冷却空气流和壁之间的相互作用方面进行。一个重点是对近壁火焰结构的研究以及它是否受到远离壁的火焰中的热膜和水动力不稳定性的显着影响。这些实验数据将用于验证创新的数学燃烧模型,这些模型考虑了近壁瘦氢燃烧的细节。项目中开发的数值仿真工具的预测质量将用于不同的墙壁冷却概念。因此,该项目对预测工程方法产生了重大贡献,这对于快速部署氢燃料涡轮机至关重要。
项目成果
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