热能动力工程

作者：赵俊,卢欣,赵延芳,亢银虎,黄小美

单位：中石油天然气销售公司,,中石油天然气销售公司,,中石油天然气销售公司,,低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室（重庆大学）,,重庆大学土木工程学院,

关键词：天然气;氢气;射流边界层;燃烧模式;着火机理

掺氢甲烷燃烧利用对于碳中和战略具有重要意义，但目前对中高强度低氧稀释(MILD)条件下掺氢甲烷在射流混合边界层内的各种湍流燃烧临界现象和局部模式认知依然不足。本文采用高阶精度的DNS模拟，研究了MILD条件下纯甲烷以及掺氢甲烷的湍流射流混合与燃烧机理。发现在甲烷中仅掺入5%氢气就能大大缩短甲烷的着火延迟时间，随着氢气添加量的进一步增加，氢气对均质着火延迟时间的影响减弱。在MILD条件下的射流边界层中，初始着火核心发生在ξ=0.1~0.3的范围内；随后火核以缓燃波的形式向外侧贫燃区域内传播，引燃当地的自着火反应、继而并形成第二个着火核心，其位置位于ξ<0.05的区域内。与理想的均质着火相比，纯甲烷湍流着火延迟时间明显缩短，是由于早期着火提前以及随后的缓燃波传播加速。在整体燃烧过程中，由于氧气浓度稀薄，总体呈现出非预混燃烧状态，且处在富燃状态，整个燃烧过程的温度分布较均匀，无明显的高温区域。

来源：2025年第4期

《热能动力工程》期刊编辑部

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