甲烷掺氢自点火非平衡态热力学(火用)损分析

作者：伍宏环; 洪聪结; 曹军; 黄佐华; 张英佳^*

来源：西安交通大学学报, 2022, 56(11): 138-147.

• 自点火
• 掺氢
• 非平衡态热力学
• 反应(火用)损
• 基元反应

为明晰天然气掺氢发动机非平衡燃烧过程主要(火用)损源，本文利用自点火压力时程对文献中5个代表性CH4/H2燃烧动力学模型性能进行再评估，基于非平衡态热力学理论初步建立了基元反应(火用)损评估方法，结合详细动力学模型分析了不同约束条件下(温度、当量比、掺氢比)CH4/H2混合气自点火过程中基元反应(火用)损贡献及其变化规律。结果表明，反应初始温度升高，化学反应(火用)损减少，不完全燃烧损失增加。H2掺混虽未显著降低CH4燃烧最低(火用)损值，但有效扩展了CH4低(火用)损燃烧区。对比了不同温度、不同掺氢比下(火用)损速率和总(火用)损的时程演化，分析了HO2和OH自由基产率及其主导基元反应(火用)损贡献，揭示了初始温度和掺氢对燃烧(火用)损影响的动力学机制。进一步对比不同反应路径关键物种吉布斯自由能，从热力学角度解释了CH4高/低温氧化路径(火用)损差异。研究结果在基元反应水平上揭示了H2介入对CH4燃烧(火用)损的影响机制，可为探索减少天然气掺氢发动机(火用)损的控制方法提供理论依据。

• 单位
  西安交通大学; 动力工程多相流国家重点实验室