Modeling of combustion oscillation using acoustic impedance of as acoustic boundary conditions

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K14919
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 20010:Mechanics and mechatronics-related
• Research Institution: Waseda University (2020-2021); Tokyo University of Agriculture and Technology (2019)
• Principal Investigator: Uemichi Akane 早稲田大学, 理工学術院, 准教授(テニュアトラック) (10734155)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 燃焼振動 / 音響インピーダンス / 発振周波数 / 音響ネットワークモデル / 共鳴周波数

Outline of Final Research Achievements

The oscillating frequencies of combustion oscillations generated in a gas turbine fueled by a hydrogen-containing mixture have been studied, focusing on its change compared to the case of a natural gas-fired gas turbine combustor. This study attempted to develop a low-dimensional model that can reproduce more complicated combustion oscillation phenomena with appropriate model reduction of complicated combustion phenomena. An acoustic network model was developed for the piping elements upstream of the combustor by applying acoustic impedance as the acoustic boundary conditions, and the oscillating frequency was calculated. The calculated values contain comparable values of the measured results. It was also confirmed that the combustion characteristics of hydrogen have a significant effect on the presence or absence of combustion oscillation.

Free Research Field

エネルギーシステムメカニクス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

二酸化炭素を排出しないカーボンニュートラル燃料として，水素をガスタービンの燃料に利用する技術開発が進められている．とりわけ，機器の破損を引き起こし発電プラントの連続稼働を妨げる燃焼振動には回避あるいは抑制しなければならない．しかしながら，水素は従来使われてきた天然ガスなどと燃焼特性が大きく異なることから，燃焼振動を防ぐためには十分に調査する必要がある．本研究では，低負荷かつ物理に基づいたモデルを構築し，燃焼振動の発生予測に貢献することを目指している．本研究からは，燃焼器より上流の配管要素を考慮したモデル構築が重要であることが明らかとなり，プラント設計において重大な示唆を与えるものと考える．