氨气/氢气/氮气-空气预混火焰中热释放区和预热区厚度表征与测量

摘要

针对氢氨火焰热释放区和预热区的表征方法尚不清楚的问题，采用CHEMKIN软件的一维传播火焰模拟方法并结合NH与NH₃的激光诱导荧光诊断实验测量结果，对氨气/氢气/氮气-空气预混火焰中火焰结构的潜在标记物进行了探究。系统比较了不同氨气裂解比、当量比下多种标记物对热释放率空间分布、热释放区厚度和预热区厚度的表征效果。结果表明：在贫燃条件下，NH的归一化浓度与热释放率分布的空间相关性较好，NH₂、NO的归一化浓度乘积在所有工况下均与热释放率轮廓保持良好的相关性；NH的归一化浓度可靠表征了热释放率轮廓的峰值位置，NH₂、NO的归一化浓度乘积能更好地表征热释放区厚度；使用归一化浓度加和的局部极小值位置可标记预热区前沿，NH₃、NH的归一化浓度之和在各种工况下能表征约30%的预热区厚度，而NH₃、NO的归一化浓度之和能表征高达60%的预热区厚度，NH和NH₃的激光诱导荧光诊断结果进一步验证了这些标记物的实验可行性。结合实验结果与模拟修正结果，NH的归一化浓度可用于计算热释放区，NH₃、NH的归一化浓度之和能够准确计算热释放区和预热区的厚度。研究结果可为氢氨湍流火焰结构表征提供参考。

关键词

氨气 / 预混火焰 / 热释放区 / 预热区

基金资助

国家自然科学基金资助项目(52106183); 国家重大科技专项资助项目(J2019-Ⅲ-0013-0056); 航空发动机及燃气轮机基础科学中心资助项目(P2022-C-Ⅱ-004-001)