湍流非预混氨燃烧中裂解率对火焰稳定性与NO生成的影响

徐萍; 李哂; 王婷; 张泰

doi:10.16056/j.2096-7705.2026.02.003

能源研究与管理 ›› 2026, Vol. 18 ›› Issue (2) : 21 -28. DOI: 10.16056/j.2096-7705.2026.02.003

湍流非预混氨燃烧中裂解率对火焰稳定性与NO生成的影响

徐萍, 李哂, 王婷, 张泰

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摘要

氨是一种极具潜力的零碳燃料，但纯氨燃烧面临火焰传播速度低、点火能量高及NO_x排放突出等挑战，部分裂解策略通过将氨裂解为NH₃/H₂/N₂混合燃料，可有效改善其燃烧特性。为了揭示湍流非预混火焰中氨气裂解率对火焰稳定性和NO生成的影响机制，本文采用高保真度大涡模拟方法，结合详细化学反应机理，系统研究了裂解率分别为14%和28%条件下部分裂解氨湍流非预混射流火焰的火焰结构与NO排放特性。通过将模拟结果与实验测量数据在不同轴向位置进行对比，验证了数值模型的可靠性。在此基础上，分析了裂解率对火焰稳定性的影响，并探讨了分子扩散模型对NO预测准确性的作用。研究结果表明：提高裂解率能够显著增强火焰稳定性，在z/D=10截面处，裂解率从14%增至28%时，熄火概率由1.26%降至0.26%，有效抑制了湍流火焰中局部熄火现象。对于NO排放，实验测量显示裂解率提高导致NO质量分数降低，而采用均一Lewis数假设的火焰面模拟预测出相反趋势；一维对冲火焰分析进一步揭示，只有采用详细扩散模型才能准确复现实验趋势，表明NO的准确预测必须考虑详细的分子扩散效应。本文结果为部分裂解氨清洁稳定燃烧提供了理论依据。