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．

（1）实验：（i）单管燃烧器：我们设计了一个弱的旋转燃烧器和系统，可以测量闪回，并使用带有轻型传感器反向反向反向检测的安全装置，自动燃油供应停止机构，框架ARRESTRESTRESTER和RAPTURE磁盘。此外，从燃烧器出口上游的金属壁更改为石英玻璃管，可以在闪回发生时可视化燃烧器内部的火焰和流场行为。制造具有上述功能的燃烧器，作为初步测试，同时测量燃烧器的内部压力，OH*自我发射图像以及在较高时间分辨率下的流速度场（PIV），在闪回之前和之后进行。结果，已经证实，对于氢 - 空气瘦的预热火焰的等效比率约为0.63，大量流量为15 m/s，并且燃烧器安全装置正常工作。我们还确认，可以在没有任何问题的情况下对以上三个测量项目进行测量。（ii）年度燃烧器：在散装流速为5 m/s的测试条件下，使用氢燃料进行瘦的预燃烧测试，等效比率为0.4，内壁高度为150-335 mm（内壁外直径为140 mm）和250-400毫米内部直径的外部壁高度（140 mm）的高度为250-400 mm的孔（250 mm），且孔的250毫米和250毫米），和250毫米），和250毫米），和250毫米），和250毫米的距离（和250毫米），且距离为250 mm），且*测量了燃烧器外部的自发光图像，流场（PIV）和声压水平（SPL）。由于测量值，在燃烧器圆周模式下的压力波动频率约为1300 Hz，在220 mm的内壁高度和350 mm的外壁高度的条件下，确认了约1300 Hz的幅度和约15至20 pa的振幅。此外，OH*自发光图像和PIV测量结果表明，相邻火焰的干扰是强烈产生的。（2）数值计算：对实验中设计的单罐燃烧器和核生体燃烧器进行网格产生和实验计算。结果，已经证实，通常可以使用LES使用内部笛卡尔坐标系统代码FK3来复制单管和环燃烧器中的湍流燃烧场。此外，我们已经建立了一种框架方法，可以考虑选择性扩散的影响，这在氢燃烧中是突出的，并且其有效性得到了阐明。

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