摘要
开发二甲醚(DME)、氨气(NH3)绿色替代燃料对实现“碳达峰，碳中和”发展目标具有重要意义。为了阐明替代燃料燃烧过程的能质转换特性、探索提高燃烧过程效率的原理，分别对掺混DME、NH3的CH4/空气层流预混火焰的(火用)损特性进行分析。结果表明，宽掺混比范围内，NH3的热力学第二定律性能要优于DME;热传导源项驱动了总(火用)损率随温度的升高而降低;运行压力的提升有利于降低化学和排气(火用)损率:而随着当量比的上升，总(火用)损率先减小后增大，并在化学计量比附近达到最小值。此外，还构建了多运行参数共同作用下的总(火用)损率响应函数，该函数在掺混比α=0～1、未燃烧气体温度T=295～495 K、运行压力P=1～20 atm以及当量比Φ=0.6～1.4的运行范围内得到了良好验证，有望为CH4/DME、CH4/NH3燃料燃烧系统的设计优化与运行提供帮助。 为了深入研究DME、NH3和CH4混合燃料的着火和层流燃烧特性，对不同初始条件下的着火延迟时间、层流燃烧速度及敏感性进行分析。结果表明，DME的添加既可以有效促进着火，也能提高层流燃烧速度，而NH3的添加虽然增加了着火延迟时间，对掺混比变化并不敏感，同时还会降低层流燃烧速度;初始温度的升高可以有效加快层流燃烧速度，提高火焰稳定性，但不同温度条件下的敏感性系数差别较小;压力的升高可以有效降低着火延迟时间，改善着火特性，但会降低层流燃烧速度;随当量比的增加，层流燃烧速度先升高后降低，并在化学计量或微富燃附近达到极值。 为了实现对燃烧室污染物排放水平的精准预测，基于悉尼燃烧器提供的SM1火焰模型搭建化学反应器网络模型，分析不同运行工况条件对污染物排放指数的影响。结果表明，使用CFD—CRN反应器网络模型计算方法既可以将详细反应机理引入到复杂燃烧器的燃烧/污染物计算，还能有效降低计算成本;掺混DME可以有效降低混合燃料CO排放指数(EICO)，而且不会影响NO和NOx的排放水平, NH3掺混比会改变污染物排放指数随进口温度的变化趋势;压力升高会降低污染物排放，但DME掺混燃料NO、NOx的排放水平由热力型NO主导，EINO和EINOx因绝热火焰温度升高明显增大。
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