【摘 要】
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为减轻全球温室效应,实现国家提出的“双碳”目标,减少含碳能源的使用和二氧化碳的排放。氨（NH3）作为无碳燃料越来越受到人们的广泛关注。氨具有能量密度大,含氢量高,易液化,成熟的制备运输系统以及完全燃烧是无污染的水和氮气等优点。但氨在常压常温时的层流燃烧速度低,本文提出将活性较高的氢气（H2）与氨进行预混,进而提升其层流燃烧速度。故本文的研究课题是NH3/H2/空气火焰层流燃烧特性的实验及仿真研究。
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为减轻全球温室效应,实现国家提出的“双碳”目标,减少含碳能源的使用和二氧化碳的排放。氨（NH3）作为无碳燃料越来越受到人们的广泛关注。氨具有能量密度大,含氢量高,易液化,成熟的制备运输系统以及完全燃烧是无污染的水和氮气等优点。但氨在常压常温时的层流燃烧速度低,本文提出将活性较高的氢气（H2）与氨进行预混,进而提升其层流燃烧速度。故本文的研究课题是NH3/H2/空气火焰层流燃烧特性的实验及仿真研究。本文自主设计并搭建了气体燃烧弹预混层流燃烧实验系统。实验系统能满足在不同掺氢比、当量比、初始压力和初始温度工况下开展NH3/H2/空气预混层流燃烧实验。本文实验工况为掺氢比0.1-0.5,当量比0.8-1.3,初始压力0.1-0.7MPa,初始温度298-493K。实验通过纹影-高速摄影系统获取球形火焰传播图像。本文使用MATLAB软件图像处理功能对火焰传播图像进行处理,使用CHEMKIN软件对NH3/H2/空气火焰进行数值模拟,最终通过计算得到NH3/H2/空气火焰层流燃烧速度。研究了不同掺氢比、当量比、初始压力和初始温度对NH3/H2/空气火焰拉伸火焰传播速度和层流燃烧速度的影响。本文针对NH3/H2/空气火焰结构演变和固有不稳定性,研究了不同初始工况对NH3/H2/空气火焰胞状结构的影响规律。研究了不同初始工况对NH3/H2/空气火焰浮力不稳定的影响。研究了不同初始工况对NH3/H2/空气火焰流体力学不稳定和热力学不稳定的表征参数火焰密度比、火焰厚度和马克斯坦长度的影响。本文针对NH3/H2/空气火焰开展化学反应动力学研究。研究了不同初始工况对NH3/H2/空气火焰自由基的摩尔分数、最大摩尔分数、燃烧速度基元反应敏感性、NOX生成基元反应敏感性、化学反应速率和化学反应路径的影响。本文通过实验和仿真的方法对NH3/H2/空气火焰层流燃烧特性开展研究,提供了大量的NH3燃烧实验数据。同时本文总结了NH3燃烧实验和仿真的研究结论。提高了NH3作为内燃机替代燃料的可行性。
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