张韦,陈帅,李泽宏,等.氨氢燃烧的NOx化学动力学机理及生成特性[J].内燃机工程,2025,46(4):27-40.
氨氢燃烧的NOx化学动力学机理及生成特性
Mechanisms of Chemical Kinetics and Characteristics of NOx Generation from Ammonia-Hydrogen Combustion
DOI：10.13949/j.cnki.nrjgc.2025.04.004
关键词:NH3/H2燃烧  NO  NO2  N2O  化学反应机理  元素标记法
Key Words:NH3/H2 combustion  NO  NO2  N2O  chemical kinetic mechanism  element labelling method
基金项目:国家自然科学基金重点项目（22362018）；云南省科技厅重点项目（202501AS070151）；天津大学内燃机实验室重点项目（K2024-04）
作者单位E-mail
张韦* 昆明理工大学 云南省内燃机重点实验室，昆明 650500 koko_575@aliyun.com 
陈帅 昆明理工大学 云南省内燃机重点实验室，昆明 650500 2578907274@qq.com 
李泽宏 昆明理工大学 云南省内燃机重点实验室，昆明 650500 434712338@qq.com 
陈朝辉* 昆明理工大学 云南省内燃机重点实验室，昆明 650500 chenzhaohuiok@sina.com 
周马益 昆明理工大学 云南省内燃机重点实验室，昆明 650500 3249889070@qq.com 
马珍珠 昆明理工大学 云南省内燃机重点实验室，昆明 650500 2735270685@qq.com 
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摘要:依托反应路径分析法研究NOx（NO、NO2、N2O）的生成和消耗，并构建NOx化学动力学机理。将NOx机理与NH3/H2燃烧机理组合，利用元素标记法研究NH3/H2燃烧的燃料型N*Ox和空气型NOx生成特性。结果表明，组合机理能在较宽的当量比范围内准确预测点火延迟时间、层流燃烧速度及重要组分浓度。添加50%的H2不会对NH3的氧化路径产生显著影响，但H2的加入可促进O、H、OH自由基大量生成，进一步促进NH3的氧化，这也是导致燃料型N*O、N*O2，及空气型NO、NO2、N2O生成量显著增加的主要原因。由H2参与燃烧生成的H自由基会促进燃料型N*2O、燃料/空气混合型NN*O的转化，从而降低此二者的最终生成量。此外，燃料型N*O、N*O2、N*2O在纯NH3燃烧或50%掺H2比的NH3/H2混合燃料燃烧所生成的NO、NO2、N2O中占主要地位。
Abstract:Based on the reaction path analysis method， the generation and consumption of NOx （NO， NO2， N2O） and the NOx chemical kinetic mechanism were studied. The NOx mechanism was combined with the NH3/H2 combustion mechanism， and the fuel-type N*Ox and air-type NOx generation characteristics of NH3/H2 combustion were investigated using the elemental labelling method. The results show that the combined mechanism can accurately predict the ignition delay time， laminar burning velocity， and the concentration of important components in a wide range of equivalence ratios. Adding 50% H2 does not significantly affect the oxidation pathway of NH3. The addition of H2 promotes the generation of large amounts of O， H， and OH radicals， which further promotes the oxidation of NH3 and is the main reason for the significant increase in the generation of fuel-type N*O and N*O2， as well as air-type NO， NO2， and N2O. The H radicals generated by H2 combustion promote the conversion of fuel-type N*2O and fuel/air-type NN*O， thus reducing the final production of both. In addition， fuel-type N*O， N*O2， and N*2O dominate the NO， NO2， and N2O produced by pure NH3 combustion or NH3/H2 combustion with a 50% H2 ratio.
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