氨/氢燃料射流点火船用发动机燃烧特性

摘要

为突破氨在发动机中的燃烧局限性，促进氨燃料高效快速燃烧，提出了一种利用氢气射流火焰点燃氨燃料的方案。通过向主动式预燃室供给氢气，进气道内预混氨/氢燃料，实现氨在大缸径船用发动机上的稳定高效燃烧。基于数值模拟计算方法，在改进了Otomo氨/氢机理基础上，探究了进气温度、掺混氢气的质量分数和主燃室当量比对氨/氢燃料着火与燃烧特性的影响。研究结果表明，射流火焰可以在主燃烧室形成燃烧所需的热力学环境和高活性热射流。在当量比为0.4、不掺混氢气的条件下，450 K进气温度可以实现氨燃料发动机的稀薄燃烧，在掺混氢气的质量分数较低时，射流点火对火焰发展促进作用更显著；掺混氢气的质量分数提高至10.0%可以使燃烧相位提前18°,但爆震风险增加；在进气温度为320 K和掺混氢气的质量分数为2.5%条件下，主燃室在当量比最小为0.45时可正常着火，但随着更接近理论空燃比的燃烧，指示热效率略有提升，主动预燃室氢射流点火的燃烧模式在实现氨发动机高效快速燃烧方面具有良好的潜力。

关键词

氨/氢燃料 / 船用发动机 / 预燃室 / 射流点火 / 燃烧特性

基金资助

国家自然科学基金资助项目(52206148); 江苏高校优势学科建设工程资助项目(苏政办发[2018]87号)