甲烷掺氢无焰燃烧燃料氧化与NO_x生成转化的CFD模拟

摘要

为揭示大比例掺氢(φ（H₂）≥50%)对甲烷无焰燃烧特性及NO_x生成转化路径的影响机理，基于48组分骨架动力学模型，在同轴热伴流反应器中对不同掺氢比工况开展计算流体力学数值模拟。结果表明：随掺氢比增大，反应器内峰值温度升高，高温区及·OH自由基、NO高浓度区域均向喷口方向前移；·OH自由基与NO峰值摩尔分数分别增加约2%和10%。甲烷氧化以CH₄→·CH₃→·CH₂O→·HCO→CO→CO₂和CH₄→·CH₃→C₂H₆→·C₂H₅→C₂H₄→·C₂H₃→C₂H₂→·HCCO→CO→CO₂为主，3种掺氢比下路径框架一致，但关键基元反应速率整体下降。NO生成以NNH路径为主导（贡献率约92.0%），随掺氢比升高，快速型与N₂O中间型路径贡献率分别相对上升9.2%和4.5%,NNH路径占比的变化较小。大比例掺氢通过改变自由基场，进而改变甲烷氧化与NO_x生成路径的竞争关系，强化燃烧反应活性。

关键词

无焰燃烧 / CH₄/H₂燃烧 / CFD模拟 / NO_x生成转化

基金资助

深地国家科技重大专项(2024ZD1003503、2025ZD1010208); “地大学者”人才经费(2022131)