二甲醚摻混對(duì)氨/空氣預(yù)混燃燒特性的影響

中圖分類號(hào)：TK411.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1000-582X（2025）07-085-09

Effect of dimethyl ether addition on NH₃. /airpremixed flames

LI Tianxi，CHEN Zhaoyang，KANG Qi，ZHANG Da （School ofEnergy and Electrical Engineering，Chang'an University，Xi'an 71O064，P.R.China）

Abstract： To improve the ignition and combustion performance of NH₃ in engines，blendingitwith the highreactivity-fuel dimethyl ether （DME） is an effective strategy. This study conducts simulations of NH₃/DME/air （20 premixed laminar flames to investigate the efects of DME addition on key combustion characteristics，including laminar flame speed，reaction pathways，and NO formation.The results show that both the adiabatic flame temperature and the laminar flame speed increase significantly with higher DME blending ratios.A strong correlation is observed between laminar flame speed and the concentration of reactive free radicals，suggesting that the increased radical concentration due to DMEisthe main contributor to the enhanced flame speed. Furthermore，the normalized NO concentration in the flame rises significantly with increasing DME content， reaching approximately 50% when the DME blending ratio reaches 80% . Reaction pathway analysis indicates that DME addition inhibits the conversion of nitrogen species to N₂ ，thereby leading to increased NO emissions. Sensitivity analysis shows that DME significantly alters the dominant elementary reactions.As the DME ratio increases，thesensitivity of nitrogen-group reactions considerably declines，while hydrogen-and carbon-group reactions increasingly govern the combustion process of the blended fuel.

Keywords： ammonia; reaction kinetics; dimethyl ether blending; laminar flame speed; reaction pathways

隨著化石能源的開采和利用，溫室氣體排放引起的全球氣候問(wèn)題成了世界性的重要議題。中國(guó)明確提出 CO₂ 排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。減少交通領(lǐng)域碳排放能有效應(yīng)對(duì)氣候變化、助力實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)有重要意義1。氨 ?NH ₃ ）是一種無(wú)碳儲(chǔ)氫燃料2，含氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 17.6% ，易于液化，便于儲(chǔ)存和運(yùn)輸，被認(rèn)為是一種有前途的碳中和燃料[-4]。與氫能相比，氨燃料還具有單位儲(chǔ)能成本低、體積能量密度高、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)5;但氨反應(yīng)活性低，點(diǎn)火溫度高且燃燒速度慢，直接燃燒利用存在一定困難，通常采用與其他活性物質(zhì)摻燒的方法來(lái)改善其燃燒性能[8--]。二甲醚（DME，分子式 CH₃OCH₃ 是一種低碳含氧燃料，十六烷值高，著火性能好且來(lái)源廣泛，是良好的潔凈替代燃料和燃料活性添加劑[12]。近年來(lái)，有學(xué)者將氨/二甲醚混合燃料應(yīng)用在壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)上，探索氨作為發(fā)動(dòng)機(jī)替代燃料的可行性[3-5]。研究發(fā)現(xiàn)，二甲醚摻混能夠改善氨燃料的著火燃燒性能，拓寬氨燃料在發(fā)動(dòng)機(jī)上的運(yùn)行范圍，但氮氧化物 （NO_x） 的排放較傳統(tǒng)燃料有所升高。

層流火焰速度是混合氣體的基本特性參數(shù)之一，是構(gòu)建和驗(yàn)證燃料化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的重要依據(jù)[。近年來(lái)，學(xué)者對(duì)氨及其混合燃料的層流燃燒特性進(jìn)行了研究。Yin等[1在定容燃燒彈中測(cè)量了高溫高壓下 NH₃/ DME混合燃料層流燃燒速度，發(fā)現(xiàn)氨基自由基（ NH₂ ）的氧化主要以含碳物質(zhì)為主導(dǎo)， 50% 的 NH₂ 通過(guò) NH₂+ CH₂O=NH₃+CHO 和 NH₂+CH₃=CH₃NH₂ 反應(yīng)被消耗;Dai等[8]利用快速壓縮機(jī)裝置測(cè)量了 NH₃/DME 混合燃料的著火延遲時(shí)間，發(fā)現(xiàn)摻混 2%～5%DME 的混合燃料，在當(dāng)量比 ?=1.0 和 ?=2.0 時(shí)，均出現(xiàn)了兩階段著火現(xiàn)象，DME的低溫氧化放熱在 NH₃/DME 混合燃料自著火過(guò)程中有著重要的作用。還有研究致力于 NH₃/DME 混合燃料化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的構(gòu)建與優(yōu)化[19-22]。

全面提升氨燃料的燃燒與排放性能，了解二甲醚添加對(duì)氨燃料燃燒的影響規(guī)律及作用機(jī)理，對(duì)寬廣初始條件下的 NH₃/DME 混合燃料開展系統(tǒng)的基礎(chǔ)燃燒研究非常必要。文中利用化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模擬方法，對(duì)初始溫度為 298K ，初始?jí)毫?0.1MPa 時(shí)，寬摻混比（ 0～100% ）和當(dāng)量比（0.7～1.5）條件下的NH/DME/空氣預(yù)混合氣的層流燃燒特性進(jìn)行研究，系統(tǒng)分析了二甲醚摻混對(duì)氨燃料燃燒過(guò)程的影響規(guī)律和動(dòng)力學(xué)機(jī)制，重點(diǎn)考慮二甲醚摻混對(duì)氨燃料燃燒反應(yīng)路徑及NO生成規(guī)律的影響。

1化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的選擇與驗(yàn)證

近年來(lái)，不少學(xué)者對(duì) NH₃/DME 混合燃料的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理開展了研究。Glarborg等[23]構(gòu)建了考慮碳族與氮族元素交叉反應(yīng)的 NH₃/DME 化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，優(yōu)化了NO相關(guān)反應(yīng)的速率常數(shù)與熱化學(xué)參數(shù)，該機(jī)理經(jīng)過(guò)著火延遲期和物質(zhì)濃度的驗(yàn)證，但在常溫常壓條件下對(duì)層流燃燒速度的預(yù)測(cè)能力欠佳。Meng等[]在Glarborg研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合Burke等[24開發(fā)的二甲醚低溫氧化機(jī)理，同時(shí)耦合Dai等[18]提出的機(jī)理中 NH₃ 和DME的相關(guān)反應(yīng)，構(gòu)建了適用于寬溫度范圍的NH3/DME混合燃料機(jī)理（221組分，1597反應(yīng)）。Xiao等[2提出了詳細(xì)的 NH₃/DME 混合機(jī)理（102組分，594反應(yīng)），并基于層流燃燒速度和著火延遲期實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)機(jī)理的可靠性進(jìn)行了驗(yàn)證。Issayev等[21]在Shrestha等[25]所提出機(jī)理的基礎(chǔ)上，對(duì) NH₃/DME 混合燃料化學(xué)反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了改進(jìn)，并對(duì)改進(jìn)后的機(jī)理開展了廣泛的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證。

文中采用化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模擬軟件ChemkinI中的PREMIX模塊，對(duì)初始溫度 T₀=298K 、初始?jí)毫?p₀= 0.1MPa 時(shí)的NH/DME/空氣混合氣的層流燃燒速度進(jìn)行了模擬計(jì)算。將基于Meng機(jī)理[1]、Issayev機(jī)理21和Xiao機(jī)理[2]的模擬預(yù)測(cè)結(jié)果與Xiao等[20]的實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行了對(duì)比，如圖1所示。對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，Issayev機(jī)理的預(yù)測(cè)結(jié)果高于其他2種機(jī)理的預(yù)測(cè)值和實(shí)驗(yàn)值，且在二甲醚摻混比增大時(shí)誤差增大;Xiao機(jī)理的預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值一致性較好，但過(guò)度預(yù)測(cè)了貧燃料側(cè)混合物的層流燃燒速度。Meng機(jī)理的預(yù)測(cè)結(jié)果在多個(gè)摻混比下均能與實(shí)驗(yàn)值高度吻合，表現(xiàn)出了更好的預(yù)測(cè)能力。因此，文中選用Meng機(jī)理對(duì) NH₃/DME /空氣預(yù)混層流燃燒特性進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析。為了方便表述，定義DME摻混比 X_DME 為二甲醚在混合燃料中的體積分?jǐn)?shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1層流燃燒速度和絕熱火焰溫度

層流燃燒速度是混合氣體的重要宏觀燃燒特性參數(shù)。圖1所示為 T_L0=298KL，p_L0=0.1MPa 時(shí)，不同二甲醚摻混比下，NH/DME/空氣混合氣的層流燃燒速度模擬值隨當(dāng)量比 ? 的變化關(guān)系。由圖可知，純 NH₃ 燃燒時(shí)，層流燃燒速度較小，隨著二甲醚摻混比的增大，混合燃料的層流燃燒速度明顯增大，且在 ?=1.1 附近達(dá)到最大。圖2給出了不同當(dāng)量比下，混合燃料層流燃燒速度隨摻混比變化的擬合關(guān)系，可以看出，3個(gè)當(dāng)量比條件下，混合燃料的層流燃燒速度隨DME摻混比的增加呈線性增加的趨勢(shì)。在當(dāng)量比為0.8時(shí)的稀混合氣條件下，擬合直線的斜率較小;隨著當(dāng)量比逐漸增大，擬合線斜率也隨之增大，說(shuō)明二甲醚摻混對(duì)較濃混合氣燃燒過(guò)程的促進(jìn)效果更加明顯。

圖1不同DME摻混比下層流燃燒速度預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值對(duì)比 （T₀=298K，p₀=0.1MPa Fig.1Comparison of flame speed by simulations and experiments at different DME mixing ratios 0 T₀=298K ， p₀=0.1 MPa）

圖2不同當(dāng)量比條件下層流燃燒速度隨摻混比的變化規(guī)律 （T_?0=298K，p_?0=0.1MPa ） Fig.2Variation of flame speed with DME mixing ratio at different equivalence ratiost （T_?0=298K，p_?0=0.1 MPa）

燃燒速度受燃燒溫度的影響很大。圖3所示為不同DME摻混比時(shí)， NH₃/DME /空氣混合氣絕熱火焰溫度隨當(dāng)量比的變化關(guān)系。可以看出，絕熱火焰溫度隨當(dāng)量比和摻混比的變化規(guī)律與層流燃燒速度一致，純氨燃燒時(shí)絕熱火焰溫度較低，對(duì)應(yīng)于較小的層流燃燒速度；隨著DME摻混比的增大，絕熱火焰溫度逐漸升高，層流燃燒速度也隨之增大，表明在較濃混合氣條件下，DME摻混對(duì)絕熱火焰溫度及層流燃燒速度的影響更為顯著;另一方面，溫度的升高也可能引起NO生成量的增加，火焰面中NO的濃度隨DME摻混比的變化規(guī)律將在后續(xù)內(nèi)容中重點(diǎn)討論。

圖3不同DME摻混比下絕熱火焰溫度模擬值隨當(dāng)量比的變化規(guī)律（ T₀=298 K， p₀=0.1 MPa） Fig.3Variation of predicted adiabatic flame temperature with equivalence ratioat diferentDME mixing ratios MPa）

2.2 主要自由基濃度分布

鏈?zhǔn)椒磻?yīng)理論認(rèn)為，燃料燃燒過(guò)程和層流燃燒速度強(qiáng)烈依賴于混合氣中活性自由基的濃度。 H，O，OH 自由基是最為活躍的活性自由基，對(duì)火焰發(fā)展的影響也最大。圖4為模擬得到的 T_?0=298K，p_?0=0.1MPa，?= 0.8時(shí)， NH₃/DME /空氣火焰中 自由基摩爾分?jǐn)?shù)隨火焰距離的變化關(guān)系?？梢钥闯觯?種摻混比條件下，火焰中OH自由基的摩爾分?jǐn)?shù)均最大，H自由基次之，O濃度最小，隨著DME摻混比的增加，3種自由基的摩爾分?jǐn)?shù)均呈現(xiàn)增大趨勢(shì)，導(dǎo)致氨的層流燃燒速度加快。圖5給出了火焰面上自由基濃度峰值隨DME摻混比的變化關(guān)系，可以看出隨著摻混比的增大，3種自由基濃度峰值均逐漸增大，3種自由基摩爾分?jǐn)?shù)峰值之和隨DME摻混比的變化趨勢(shì)與層流燃燒速度的變化趨勢(shì)相同，二甲醚摻混引起了混合燃料火焰中自由基濃度增大，從而導(dǎo)致層流燃燒速度增大，進(jìn)一步說(shuō)明了火焰中自由基濃度對(duì) NH₃/DME /空氣混合氣層流燃燒速度及燃燒過(guò)程的影響顯著。

圖4不同DME摻混比下H、O、OH自由基摩爾分?jǐn)?shù)模擬值隨火焰距離的變化規(guī)律 Fig.4Predictions of H， O and OH mole fractionat differentDME mixing ratios

圖5層流燃燒速度與自由基摩爾分?jǐn)?shù)峰值隨DME摻混比的變化規(guī)律 Fig.5Variation of flame speed and peak values of radical mole fraction with DME mixing ratios （2號(hào)

2.3 氮氧化物濃度分布

含氮燃料燃燒過(guò)程中，不可避免地會(huì)產(chǎn)生 NO_x 排放，探究不同摻混比下 NO_x 的濃度分布具有重要意義。圖6給出了模擬得到的 T_?0=298K.p_?0=0.1MPa.?=0.8 時(shí)，不同DME摻混比下 NH₃，NO 和 NO₂ 的摩爾分?jǐn)?shù)隨火焰距離的變化關(guān)系。由圖可知，在 NH₃/DME 火焰中，相比于NO， NO₂ 濃度很小;隨火焰距離的增大， NO₂ 的摩爾分?jǐn)?shù)呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，NO的摩爾分?jǐn)?shù)從一定火焰位置開始逐漸增大，在 NH₃ 濃度減小為0的火焰位置時(shí)，達(dá)到最大值后保持穩(wěn)定，表明 NO₂ 為燃燒過(guò)程的中間物種且濃度較小， NH₃/DME 燃燒生成的氮氧化物主要是NO。隨著二甲醚摻混比的增大，NO的摩爾分?jǐn)?shù)先增大，但當(dāng)摻混比由 50% 增加到 80% 時(shí)，NO的摩爾分?jǐn)?shù)又減小，這主要是由于 NH₃ 在混合燃料中占比下降，導(dǎo)致氮原子濃度減小。

注：圖中NO和NO2曲線分別為放大5倍和100的結(jié)果

圖6不同DME摻混比下 NH₃ 、NO和 NO₂ 摩爾分?jǐn)?shù)隨火焰距離的變化規(guī)律 （T_?0=298K，p_?0=0.1MPa，?=0.8） Fig.6Variation of mole fraction of NH_z ，NO and NO₂ with flame distanceunder different DME mixing ratios

為了排除不同摻混比下氨燃料總含量的不同對(duì) NO_x 濃度的影響，定義NO、 NO₂ 的歸一化濃度為NO、 NO₂ 的摩爾分?jǐn)?shù)與 NH₃ 的初始摩爾分?jǐn)?shù)之比。不同二甲醚摻混比下，NO和 NO₂ 的歸一化濃度隨火焰距離的變化如圖7所示，可以看出，隨著二甲醚摻混比的增大，NO和 NO₂ 的歸一化濃度增加，且摻混比越大，增加幅度越大。當(dāng)DME摻混比為 80% 時(shí)，NO的歸一化濃度達(dá)到了 50% ，這是因?yàn)殡S著二甲醚的加入，自由基池中H、OH、O自由基增多，加速了含氮基團(tuán)氧化為NO的進(jìn)程，導(dǎo)致NO濃度升高。

注：圖中NO2曲線為放大20倍的結(jié)果

圖7不同DME摻混比下NO、 NO₂ 歸一化濃度隨火焰距離的變化規(guī)律 （T_?0=298K，p_?0=0.1 MPa， ?=0.8 門Fig.7VariationofmormalizedconcentrationofNOand NO₂ withflamedistanceunderdifferentDMEmixingratios（T_?0=298K，p_?0=0.1 MPa， ?=0.8 ）

2.4 反應(yīng)路徑分析

為了明確二甲醚摻混對(duì)氨燃料燃燒過(guò)程及NO生成的影響規(guī)律，文中對(duì)不同摻混比預(yù)混火焰中燃料的化學(xué)反應(yīng)路徑進(jìn)行了對(duì)比分析。圖8給出了 T_?0=298K_?，p0=0.1MPa，?=0.8 時(shí)，不同DME摻混比 （0%.20% 、50%.80%.10% 條件下的 NH₃/DME/ 空氣預(yù)混火焰中 NH₃ 和DME的主要消耗路徑。可以看出，二甲醚主要通過(guò)脫氫與直接裂解反應(yīng)消耗，其中脫氫反應(yīng)路線占主導(dǎo)地位。

脫氫： CH₃OCH₃+（H/OH/O）?CH₃OCH₂+（H₂/H₂O/OH）

裂解： CH₃OCH₃?CH₃O+CH₃

二甲醚脫氫產(chǎn)物 CH₃OCH₂ 經(jīng) β 裂解生成甲醛（ CH₂O ）和甲基， CH₂O 經(jīng)過(guò)2次脫氫生成CO，CO最終被OH氧化為 CO₂ ○

混合燃料中二甲醚的反應(yīng)路徑與純二甲醚燃燒時(shí)基本相同，摻混比的不同僅會(huì)導(dǎo)致其起始脫氫與裂解反應(yīng)所占比重發(fā)生變化。摻混燃燒時(shí)，受氨的脫氫反應(yīng)競(jìng)爭(zhēng)，DME脫氫反應(yīng)比重下降，裂解反應(yīng)比重增加；純DME燃燒時(shí)，其脫氫和裂解反應(yīng)占比分別為 97.4% 和 2.6% ，添加 20%DME 混合氣時(shí)，二甲醚脫氫反應(yīng)占比下降為 85.4% ，裂解反應(yīng)占比上升至 14.6% 。二甲醚脫氫產(chǎn)物的后續(xù)反應(yīng)路徑幾乎不受燃料摻混比變化的影響，但由于氨燃料的引入增加了含氮基團(tuán)參與的反應(yīng)（如HNO和 NO₂ 與 CH₃ 的反應(yīng)，NO與HCO的反應(yīng)），導(dǎo)致 NO₂ 與 CH₃ 反應(yīng)生成NO的占比在DME摻混比為 20%～80% 時(shí)都超過(guò)了 10% 。由此可知，碳族和氮族的交叉反應(yīng)對(duì)整個(gè)燃燒過(guò)程以及NO的排放具有重要的影響。

氨的消耗起始于燃料分子與活性自由基 （H，OH，O） 的脫氫反應(yīng)。隨后，其脫氫產(chǎn)物 NH₂ 通過(guò)相繼脫氫（路徑1）、氧化（路徑2）或與NO反應(yīng)（路徑3）消耗，最終生成 N₂ 。氨的氧化過(guò)程可以為3個(gè)主要通道，其中路徑1和2為主要反應(yīng)通道，2條路徑在不同摻混比下的占比均在 30% 以上。

路徑 2：NH₃?NH₂?（H₂NO?HNO）/HNO?NO?（N₂O?N₂）/N₂

路徑 3：NH₃?NH₂?N₂

由自由基摩爾分?jǐn)?shù)的分析可知，隨著二甲醚摻混比的增大，火焰中自由基濃度顯著增大，這會(huì)促進(jìn)氨的起始脫氫反應(yīng)發(fā)生，提高氨的消耗反應(yīng)速率，使層流火焰速度增大。DME摻混后，路徑1中 NH₃ 的次級(jí)脫氫反應(yīng)（ NH₂?NH 占比有所下降，但摻混比進(jìn)一步增加時(shí)變化不大;次級(jí)脫氫產(chǎn)物NH的后續(xù)反應(yīng)占比隨DME摻混變化較大，其中生成NO的反應(yīng)鏈 （NHNO，NHNNO） 占比增大，生成 N₂ 的反應(yīng)鏈（ N₂?NH?N₂O?N₂） 占比在摻混 20%DME 時(shí)有所增大，而當(dāng)摻混比進(jìn)一步增加時(shí)，又逐漸減小，表明 20%

DME摻混，有利于 NH₃ 經(jīng)路徑1通道向 N₂ 轉(zhuǎn)化，進(jìn)一步增大摻混比則可能引起NO生成量的增加；路徑2中的關(guān)鍵反應(yīng)步驟 NH₂?HNO 和 NH₂?H₂NO 的占比均隨DME摻混比的增大而增大，分別從純氨時(shí)的 21.5% 和0提升至DME摻混比為 80% 時(shí)的 41.0% 和 19.0% ，該路徑的主要中間物種HNO幾乎全部轉(zhuǎn)化為NO，NO進(jìn)一步與含氮基團(tuán)反應(yīng)最終轉(zhuǎn)化為 N₂ 或被 HO₂ 氧化生成 NO₂ 。當(dāng)DME摻混比為 20% 時(shí)，NO的各反應(yīng)通道占比與純氨燃燒時(shí)差別不大，但當(dāng)DME摻混比進(jìn)一步增加時(shí)，NO向 N₂ 轉(zhuǎn)化的反應(yīng)鏈 （NON₂，NON₂ON₂） 占比顯著下降，而NO氧化生成 NO₂ 的反應(yīng)占比卻顯著增加，原因在于隨著DME摻混比的增加，自由基池中含氮基團(tuán)的比例下降， HO₂ 自由基濃度上升，表明DME摻混比大于 20% 后，混合燃料的NO排放可能顯著增加，必須考慮一定的凈化措施;路徑3在氨的反應(yīng)過(guò)程中占比較小，隨著DME摻混比由0增大到 80% ，路徑3中 NH₂?N₂ 的反應(yīng)占比由 20.9% 降低至 6.6% 。

NH₃ CH3OCH3 ^10.2%_12.6% +100 21.5% +

++ H₂NO 04000 NH2 +0 30.2% 30% 0%，3.1%4.2%2.6% CH₃0 （204 33.1%+0H 99.4%+M，+0₂ 19.2% 9.6%+0H 0% 33.7% 20.3% 7.4%5.4% 8.0% +HO259.6% 29.7% CH20 （2 CH₃ - （2號(hào) （204 C₂H₆ 20.9% NH NO 22.7%

+NO 18.80% 12.1% 52 NH 96.6% 8 +HM 年 +H21.7%+0H42.5%51.6% 39.8% 100% +OH28.3%+0240.6%45.7% 32.2% 100% HCO CH4 N₂ +N05806 1399% 553% 248%12% 1 +M2 ↑ 38.6% +NH2 100% +H +H95.5%，98.5%，99.0%，99.2% +OH 100% +N，+NH2 45.4%，46.2%，38.2%，7.4% NO2 CO +OH （204號(hào) CO₂ （20

2.5 敏感性分析

圖9所示為 T_?0=298K.p_?0=0.1MPa.?=0.8 時(shí)，不同DME摻混比 （0%，20%，50%，80%） 條件下混合氣的質(zhì)量流量敏感性系數(shù)。敏感性系數(shù)為正值表示，當(dāng)該基元反應(yīng)速率增大時(shí)，火焰?zhèn)鞑ニ俣仍龃螅砻髟摲磻?yīng)對(duì)混合燃料的燃燒起促進(jìn)作用;相反，敏感性系數(shù)為負(fù)值表明起抑制作用。對(duì)混合燃料的燃燒過(guò)程起促進(jìn)作用的反應(yīng)主要有

R1： _H+O2=OH+O R ：27：CO+OH=CO₂+H R30：HCO+M=H+CO+M

其中，R1反應(yīng)在所有摻混比混合氣燃燒過(guò)程中均具有最高的敏感度，且敏感性系數(shù)隨DME摻混比的增大而降低;R27和R30反應(yīng)的敏感性系數(shù)隨DME摻混比的增大而增大，這是因?yàn)殡S著DME摻混比的增大，火焰中含碳組分濃度增加，含碳組分的氧化反應(yīng)對(duì)整個(gè)燃燒過(guò)程的影響越來(lái)越顯著。另外，DME摻混引起火焰中總自由基濃度增加，使得鏈分支反應(yīng)R1的敏感性系數(shù)減小，且摻混 20% DME時(shí)，降低幅度最大。對(duì)混合燃料的燃燒過(guò)程起抑制作用的基元反應(yīng)主要有：

R9： H+O₂（+M）=HO₂+（M）

（2號(hào) R31：HCO+O₂=CO+HO₂

R9和R31反應(yīng)消耗了 H 和HCO，生成了相對(duì)穩(wěn)定的 HO₂ ，屬于鏈終止反應(yīng)，抑制了反應(yīng)的進(jìn)行。當(dāng)DME

摻混比為 20% 時(shí)，含氮物質(zhì)的相關(guān)基元反應(yīng)R737和R803的敏感性系數(shù)顯著減小。值得注意的是，在DME摻混比為 80% 時(shí)，基元反應(yīng)R803對(duì)燃燒的促進(jìn)作用轉(zhuǎn)變?yōu)橐种谱饔?，說(shuō)明含氮基團(tuán)對(duì)反應(yīng)過(guò)程的影響相對(duì)減弱，表明了碳族基團(tuán)對(duì)活性自由基的爭(zhēng)奪能力強(qiáng)于氮族，隨著DME摻混比的增大，燃燒反應(yīng)越來(lái)越受碳族反應(yīng)主導(dǎo)。這一發(fā)現(xiàn)與Issayev等[2的觀點(diǎn)相一致，即隨著DME摻混比的增大，大多數(shù)氮族基元反應(yīng)的敏感性均存在降低的趨勢(shì)。

3結(jié)論

文中使用化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模擬軟件ChemkinⅡI，對(duì)初始溫度為 298K 、初始?jí)毫?0.1MPa 、當(dāng)量比為0.7～1.5 條件下的 NH₃/DME/ 空氣混合層流火焰進(jìn)行了數(shù)值模擬，分析了二甲醚摻混對(duì)混合物層流燃燒速度、火焰結(jié)構(gòu)、NO生成路徑等的影響規(guī)律，主要結(jié)論如下。

1）混合物的層流燃燒速度隨著二甲醚摻混比的增大而增大，且在較濃混合氣時(shí)增大的幅度更大。

2）隨著二甲醚摻混比的增大，火焰中 H，O，OH 自由基摩爾分?jǐn)?shù)增大，混合物層流燃燒速度與摩爾分?jǐn)?shù)濃度密切相關(guān)，二甲醚摻混引起的自由基池濃度的增大是層流燃燒速度增大的主要原因。

3）隨著二甲醚摻混比的增大，火焰中NO的歸一化濃度顯著增大，當(dāng)DME摻混比為 80% 時(shí)，NO的歸一化濃度達(dá)到了 50% 。路徑分析也表明，高比例二甲醚摻混不利于氨燃料燃燒中氮元素向 N₂ 的轉(zhuǎn)化，會(huì)導(dǎo)致NO排放增加。

4）二甲醚摻混顯著影響了主要基元反應(yīng)的敏感性系數(shù)，當(dāng)DME摻混比為 20% 時(shí)，氮族基元反應(yīng)的敏感性明顯降低，混合物燃燒過(guò)程中碳族基元主導(dǎo)著燃燒過(guò)程的進(jìn)行。

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（編輯 陳移峰）