Numerical Investigation of Potential Cause of Instabilities in a Hydrogen Micromix Injector Array
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Hydrogen micromix combustion is a promising concept to reduce the environmental impact of both aero and land-based gas turbines by delivering carbon-free and ultra-low-NOx combustion. The high-reactivity and wide flammability limits of hydrogen in a micromix combustor can produce short and small diffusion flames at lean overall equivalence ratios. There is limited published information on the instabilities of such hydrogen micromix combustors. Diffusion flames are less prone to flashback and autoignition problems than premixed flames as well as combustion dynamics issues. However, with the high laminar flame speed of hydrogen, lean fuel air ratio (FAR) and very compact flames, the risk of combustion dynamics for micromix flames should not be neglected. In addition, the multi-segment array arrangement of the injectors could result in both potential causes and possible solutions to the instabilities within the combustor. This paper employs numerical simulations to investigate potential sources of instabilities in micromix flames by modelling an extended array of injectors, represented by either single or multiple injectors with appropriate boundary conditions at elevated pressure and temperature. Both RANS and LES simulations were performed and used to derive the Flame Transfer Function (FTF) of the micromix flames to inform lower order thermoacoustic modelling of micromix combustion. LES simulations indicate that the gain of the FTF is lower than predicted from the RANS simulations indicating a lower risk of high frequency thermoacoustic issues than suggested by RANS. When LES simulations are conducted for certain representative configurations it is observed that there are persistent high-frequency instabilities due to the interaction of the flames. This phenomenon is not observed when only a single injector is modelled. LES simulations for two injectors are conducted with various geometries and radial boundary conditions to identify the cause of the instabilities. It is concluded that the observed high-frequency instabilities are related to aerodynamic jet instabilities enhanced by both aerodynamic and acoustic feedback and key geometric features affecting the occurrence of the instabilities are identified. Only transient simulations such as LES are able to capture such effects and RANS simulations typically used in early stage design will not identify this issue.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».