氨气与甲烷混合气自燃过程的化学动力学研究

摘要

在当量比φ=0.5、压力为2~7 MPa以及温度从930 K到1 140 K的条件下,用快速压缩机研究氨气(NH_(3))和甲烷(CH4)混合气的着火延迟时间,其中CH_(4)占总燃料的摩尔分数分别为0、5%、10%及50%.另外,在φ为1.0和2.0的条件下对掺入10%CH_(4)的混合气进行着火延迟时间测试.CH_(4)对NH_(3)的着火过程具有非常明显的促进作用,随着CH_(4)占总燃料的比例越来越高,混合气的着火延迟时间缩短,同时CH4对着火的促进作用趋于平缓.含10%CH_(4)的NH_(3)的着火延迟时间在φ为0.5和1.0的条件下变化很小,而当φ=2.0时着火延迟时间增加约50%.利用试验数据对6种不同的NH_(3)氧化机理进行了验证,所开发的机理预测着火延迟时间最为准确,除了在最高温度,CH_(4)摩尔分数为50%时试验与计算差异达到了50%,其他所有条件下机理的预测结果与试验结果差距都小于30%.利用开发的机理进行敏感性分析,结果表明:当CH_(4)摩尔分数为5%和10%时,反应CH_(4)+NH_(2)=CH_(3)+NH_(3)对稀薄燃烧条件下混合气的着火延迟时间有显著的促进作用;但当CH4摩尔分数为50%时,该反应会表现出轻微的抑制作用.