193.174.19.232Abstract: L. Ji, W. Shao, S. Li, X. Bi, X. Guo, B. Sa, Y. Liu, X. Xu (2026)

International Journal of Hydrogen Energy, 238, 155288p. (2026) DOI:10.1016/j.ijhydene.2026.155288

Experimental study on flame structure and thermoacoustic instability of H_2/CH_4/air premixed flames in a novel micro-mixing burner

L. Ji, W. Shao, S. Li, X. Bi, X. Guo, B. Sa, Y. Liu, X. Xu

This study experimentally investigates flame structure and thermoacoustic instability characteristics of H2/CH4/air premixed flame in a novel micro-mixing burner. Reducing hydrogen content significantly suppresses instability: pure H2 flames exhibit intense oscillations at low velocities, whereas 50% H2 blends exhibit only low-amplitude oscillations. Dominant frequency (565.3∼695.5 Hz), corresponding to the three-quarter-wave acoustic mode, increases with either adiabatic flame temperature or bulk velocity. Flame structure transitions from compact anchored cones for pure H2 to lifted and elongated shapes at lower H2 fractions, with peak OH∗ intensity observed at 75% H2. Dynamic analysis reveals that 50% H2 flames undergo bulk oscillations, whereas pure and 75% H2 flames exhibit cyclic vortex-driven dynamics involving flame front pulsation and pinch-off. Time delay analysis identifies equivalence ratio fluctuations as the dominant driver of thermoacoustic coupling, governed by both convective and chemical reaction time delays. This work advances the understanding of micro-mixing flame dynamics, informing future instability mitigation.

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