在低碳转型的背景下，氨（NH3）因其高氢密度、完善的储存和运输系统而被认为是一种有前途的零碳燃料。然而，其低反应活性和高氮含量会导致燃烧过程中火焰不稳定和高NOx排放问题，这阻碍了其在工业炉、燃气轮机和发动机中的大规模应用。通过将 NH3 与甲烷 (CH4) 等反应性更强的燃料混合，可以有效提高 NH3 的反应性。此外，已经证明，以稍浓当量比燃烧 NH3 会产生较低的 NO 排放，但需要空气分级来氧化二次贫燃区中未燃烧的燃料。本文对带空气分级和不带空气分级的模型燃烧室中的 NH3/CH4 预混旋流火焰进行了实验和数值研究。主要目的是研究使用空气分级控制 NH3/CH4 火焰中 NO 排放的潜力，并检查关键空气分级参数的影响，例如分级空气比 (SAR)、分级空气高度 ( H) 和分级空气喷嘴的数量 (N)，与火焰类型以及 NO 和 CO 排放有关。实验结果表明，在非分级模式下，整体稀薄条件下NH3/CH4混合物无法产生令人满意的NO排放，并且最大NO排放是由XNH3 = 50%混合物产生的，这对NO控制表现出最大的挑战。通过启动 XNH3 = 50% 混合物的空气分级，火焰拓扑以及 CO 和 NO 排放量会受到关键空气分级参数的强烈影响。 在相对较大的SAR（> 30%）和较小的H（< 80 mm）条件下，应考虑分级空气冲击效应，因为它可能破坏主燃烧区局部富集大气，形成贫燃区并增强NO的形成。由于改善了分级空气附近的混合均匀性，增加 N 对 NO 的生成起着加速作用，而这种效应可以通过减少分级空气喷射动量来减轻分级空气冲击效应来抵消。此外，基于Okafor 的改进的NH3/CH4 反应机理被提出，该机理在非分级和空气分级模式下预测NH3/CH4 混合物的NO 排放时显示出非常高的准确度。这项工作为理解使用空气分级的 NH3/CH4 燃烧提供了新的见解。



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