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

基本信息

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

项目摘要

(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．

（一）实验：（一）单管燃烧室：设计了可测量回火的弱旋流燃烧室和系统，并安装了采用光学传感器、自动供油停止机构、阻火器和燃烧器的回火检测系统。它使用爆破片。此外，燃烧器出口上游的金属壁被石英玻璃管取代，使得发生回火时燃烧器内部火焰和流场的行为可视化成为可能。制作了具有上述功能的燃烧器，并作为初步测试，对燃烧器内的脉动压力、OH*自发光图像以及回火发生前后的流速场（PIV）进行了高时间分辨率同步测量。结果证实，总体流速为15m/s的氢气-空气贫预混火焰在当量比约为0.63时发生回火，并证实燃烧室安全装置工作正常。我们还确认了上面列出的三个测量项目可以毫无问题地进行测量。（二）环形燃烧室：总体流速5m/s，当量比0.4，燃烧室内壁高度150~335mm（内壁外径140mm），外壁高度250~400mm（外壁内径250mm）使用氢燃料在以下测试条件下进行稀薄预混燃烧测试，测量燃烧室内部脉动压力、OH*自发光图像、流速场（PIV）和燃烧室外部声压级（SPL）塔。测量结果，在内壁高度为220mm、外壁高度为220mm的条件下，确认了燃烧器的周向模式的压力波动，其频率为约1300Hz，一侧的振幅为约15～20Pa。墙高350毫米。此外，OH*自发射图像和PIV测量结果表明，相邻火焰之间存在强烈干扰。 (2)数值计算：对实验设计的单筒燃烧室和环形燃烧室进行了网格划分和试算。结果证实，单管燃烧器和环形燃烧器中的湍流燃烧场可以通过使用内部正交坐标系代码FK3的LES来粗略地再现。我们还建立了一种可以考虑氢气燃烧中明显的选择性扩散效应的小火焰方法，并阐明了其有效性。

项目成果

期刊论文数量（13）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

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

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
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