文章标题:氨燃料强化燃烧数值模拟及综合评估
文章作者:常高榜 1 ,李树豪 1 ,王堃旗 2 ,席双惠 3 ,耿直 1 ,程子路 1 ,任飞达 1 ,张奥
关 键 字:氨气;富氧燃烧;掺氢燃烧;强化能力;评估方法
文章摘要:
氨等零碳燃料的高效利用,是助力“双碳”目标实现的有效途径之一;而揭示富氧燃烧、掺氢燃烧等方式对氨燃烧过程的强化作用机理,是推动氨实现清洁高效工程化应用的基础。鉴于此,构建了适用于富氧及掺氢环境的高精度氨燃烧反应机理,通过实验数据验证了机理模型的预测能力,并在宽工况范围内开展数值仿真分析。结果表明:二者均能显著拓宽氨的可燃极限并提升燃烧性能,但强化路径存在本质差异——富氧主要通过提高燃烧速率产生作用(其效果约为掺氢的 5.5倍),而掺氢则更有利于改善氨的点火特性(点火延迟时间仅为富氧的 1/8),且富氧燃烧伴随更高的 NO 排放量;提出了一种综合评估方法对强化燃烧能力进行定量表征,计算结果显示,当添加少量 H2 或 O2(摩尔分数 1% ~ 4%)时,掺氢优势更为明显,而高浓度添加(大于 8%)时富氧优势凸显,最佳掺混比为 8%。在此基础上,结合敏感度分析深入探究了关键反应路径,阐明了两种强化方式在燃烧特性上呈现不同趋势的内在化学动力学原因。研究可为氨燃料的清洁高效燃烧提供针对性的掺混策略,并从化学动力学角度提供优化氨燃料燃烧室设计依据。