Additively-manufactured bluff-body burner investigated by high-fidelity simulations and experiments for fuel-flexible, stable, and safe combustion of NH3/H2 mixtures

In diesem Projekt wird ein additiv gefertigter Bluff-Body-Brenner für die brennstoffflexible, stabile und sichere Verbrennung von NH₃/H₂-Gemischen betrachtet. Zur Untersuchung der Verbrennungseigenschaften und der Schadstoffemissionen werden numerische Simulationen und detaillierte experimentelle Untersuchungen mit hoher Genauigkeit durchgeführt. Die Brennerkonstruktion wird dann optimiert (in Bezug auf Form, Größe und Position des Flammenhalters), um ein effizientes Verbrennungsverhalten zu erreichen. Es werden offene und geschlossene Brennergeometrien betrachtet. Die Seite des Flammenhalters in Kontakt mit der Flamme und andere Hochtemperaturteile werden durch additive Fertigung unter Verwendung von Ni-Basis-Legierungen und ultrahochtemperaturbeständigen Refraktärmetall-Legierungen hergestellt, um Geometrievariationen zu ermöglichen. Die Dynamik der turbulenten Flamme, die Wechselwirkungen zwischen Flamme und Wand, die Grenze der stabilen Verbrennung, der Flammenrückschlag und die Wärmefreisetzung werden im Detail untersucht. Schließlich wird ein optimales Bluff-Body-Brennerdesign für eine stabile, sichere, brennstoffflexible und saubere Verbrennung von NH₃/H₂ als Mischbrennstoff entwickelt.

This project investigates an additively-manufactured bluff-body burner for fuel-flexible, stable and safe combustion of NH₃/H₂ mixtures. High-fidelity numerical simulations and detailed experimental investigations are carried out to study combustion and pollutant emission characteristics in this burner. The burner design is then optimized (with respect to bluff-body shape, size and position) to achieve an efficient combustion behavior. Open and confined burner geometry will be considered. Flame-side bluff-body and other high-temperature parts are produced by additive manufacturing using Ni-based alloys and ultra-high temperature resistant refractory metal-based alloys to enable geometry variations. Turbulent flame dynamics, flame-wall interactions, blow-off, flame flash-back events, and heat release are investigated in detail. Finally, an optimal bluff-body burner design will be obtained for stable, safe, fuel-flexible, and clean combustion of NH₃/H₂ as blend fuel.