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Experimental and Numerical Investigation of Hydrogen Combustion in a Dual-Swirl Burner for Aero-Engine Applications

Gövert, Simon und Berger, Johannes und Lipkowicz, Jonathan Timo und Soworka, Thomas und Hassa, Christoph und Behrendt, Thomas und Janus, Bertram (2024) Experimental and Numerical Investigation of Hydrogen Combustion in a Dual-Swirl Burner for Aero-Engine Applications. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 146 (11). American Society of Mechanical Engineers (ASME). doi: 10.1115/1.4065925. ISSN 0742-4795.

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Offizielle URL: https://dx.doi.org/10.1115/1.4065925

Kurzfassung

Green hydrogen produced by electrolysis offers a high potential for reducing CO2 emissions and thus represents a promising approach for the decarbonization of aviation. However, propulsion systems based on direct hydrogen combustion require modified fuel injectors and combustion chambers to account for the particular combustion characteristics of hydrogen. Engineering those modifications requires the acquisition of experimental and numerical tools especially suited for this task and in the end validating them in a suitable environment. In this context, hydrogen combustion and its numerical simulation are presented with a dual-swirl burner in an optically accessible atmospheric combustor as an intermediate step. To ensure safe operation and to reduce the risk of flashback, fuel and air are injected nonpremixed. Good flame stability and mixing, which leads to potentially low NOx values, is achieved by introducing a swirling motion into the flows. In this study, the combustor is operated under atmospheric pressure at a globally lean equivalence ratio. Measurements of OH* radical chemiluminescence as well as infrared (IR) radiation as marker of the hot water vapor distribution have been carried out to identify the flame location and shape. The configuration is further analyzed by means of reacting large-eddy-simulations (LES). The comparison of the simulation results with the experimental reference data shows that the flame lift of height and global flame spread are correctly predicted by the simulation for both operating conditions. However, the combustion model does not precisely capture the flame stabilization mechanism, leading to a radial offset of the flame front.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/205901/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Experimental and Numerical Investigation of Hydrogen Combustion in a Dual-Swirl Burner for Aero-Engine Applications
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Gövert, SimonSimon.Goevert (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-4593-1776NICHT SPEZIFIZIERT
Berger, Johannesjohannes.berger (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-0872-3743NICHT SPEZIFIZIERT
Lipkowicz, Jonathan TimoJonathan.Lipkowicz (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Soworka, ThomasThomas.Soworka (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0005-8443-8847NICHT SPEZIFIZIERT
Hassa, ChristophChristoph.Hassa (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Behrendt, ThomasThomas.Behrendt (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4154-3277NICHT SPEZIFIZIERT
Janus, BertramBertram.Janus (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:16 August 2024
Erschienen in:Journal of Engineering for Gas Turbines and Power
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:146
DOI:10.1115/1.4065925
Verlag:American Society of Mechanical Engineers (ASME)
ISSN:0742-4795
Status:veröffentlicht
Stichwörter:hydrogen combustion, swirl stabilized flames, optical measurements, numerical modeling
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Umweltschonender Antrieb
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L CP - Umweltschonender Antrieb
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Komponenten und Emissionen
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Antriebstechnik > Brennkammer
Hinterlegt von: Gövert, Simon
Hinterlegt am:29 Aug 2024 12:47
Letzte Änderung:29 Aug 2024 12:48

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