二次氢注入策略对喷射点火氨氢发动机燃烧过程的影响

《Energy》：The influence of the secondary hydrogen injection strategy on the combustion process of jet ignition ammonia-hydrogen engines

氨氢混合燃料发动机通过预燃室氢气二次喷射优化燃烧过程，数值模型分析显示双喷射策略（5°CA和3°CA）比单喷射方案提升有效平均压力至0.616MPa、做功309.7J，同时改善排放。

　　在当前能源转型的大背景下，氨（NH?）和氢（H?）混合燃料成为突破发动机碳中和瓶颈的有效方案。这种混合燃料结合了NH?和H?的优势，既具备较高的氢储存密度和便于储存、运输的特性，又拥有H?快速燃烧的潜力，从而弥补NH?在燃烧稳定性方面的不足。为了进一步提升混合燃料在发动机中的应用效果，研究者们开始探索诸如喷射点火和二次H?喷射等关键技术。这些技术不仅能够优化燃烧过程，还能够显著改善发动机的性能表现和排放特性。

本研究聚焦于喷射点火NH?-H?发动机的二次H?喷射策略，特别是在主动预燃室中的应用。通过建立一个耦合NH?-H?化学反应机制的数值模型，并基于实验数据验证模型的可靠性，研究者们进一步探讨了二次H?喷射对发动机性能的影响。在实验过程中，研究人员固定了H?喷射的总量，通过调整首次和二次喷射的时间，分析了不同喷射时间对预燃室和主燃烧室中H?含量及气流扰动的影响。研究发现，首次喷射时间的调整不仅能够影响预燃室和主燃烧室中H?的分布，还能够优化预燃室中的气流扰动，从而提升整体燃烧效率。相比之下，二次喷射时间的调整则对预燃室中的气流扰动具有更直接的影响，而其H?含量则保持相对稳定。

在优化方案的选择上，研究者们提出了一种名为“方案5-3”的策略，即首次喷射时间为5°CA，二次喷射时间为3°CA。这一策略在实验中表现出优于单一H?喷射方案的性能，具体表现为更高的指示平均有效压力和指示功，分别达到0.616 MPa和309.7 J。这一结果表明，合理的二次喷射策略不仅能够提升发动机的燃烧效率，还能够改善其整体性能表现，同时有效降低排放。然而，研究者们也指出，二次喷射的效果取决于多个因素，包括喷射时间、喷射压力和预燃室中H?的含量，这些参数的协调调整是实现最佳性能的关键。

在实际应用中，喷射点火技术能够显著降低NH?-H?发动机对辅助燃料的依赖，从而提升其运行效率和稳定性。研究者们发现，通过调整预燃室中的混合气反应性，可以优化燃烧过程，提高发动机的功率输出。同时，优化的H?喷射策略能够促进燃料和空气在燃烧室内的均匀混合，减少有害排放，如NOx的排放量。此外，H?喷射还能够扩大稀燃燃烧的极限，提高燃烧效率，同时降低燃料消耗。

在研究过程中，研究人员采用了多种方法，包括数值模拟和实验验证。通过CONVERGE软件建立的几何模型，研究人员能够模拟喷射点火NH?-H?发动机的燃烧过程，并进一步分析不同喷射策略对发动机性能的影响。实验部分则通过实际测试，验证了数值模型的可靠性，并对不同喷射时间下的燃烧过程进行了详细比较。研究结果表明，合理的喷射时间调整能够显著提升发动机的燃烧效率和性能表现，同时降低排放。这一研究不仅为NH?-H?混合燃料在发动机中的应用提供了理论支持，也为实际工程中的优化策略提供了实践指导。

此外，研究者们还指出，目前关于NH?-H?混合燃料发动机的研究主要集中在主燃烧室或进气口的喷射策略，而对于主动预燃室中H?二次喷射的设计和优化研究相对较少。因此，本研究将重点放在主动预燃室中的H?二次喷射策略，以期找到更有效的优化方法。通过对比分析不同喷射时间下的燃烧过程和排放特性，研究者们进一步验证了二次喷射在提升发动机性能方面的有效性。

在实验中，研究人员采用了不同的喷射时间设置，包括首次喷射时间为5°CA，二次喷射时间为3°CA，以及单一喷射时间设置。通过对比分析，研究者们发现，二次喷射策略能够显著提升发动机的燃烧效率和功率输出，同时有效降低NOx的排放。这一结果表明，二次喷射不仅能够优化燃烧过程，还能够改善发动机的整体性能表现，为实现更清洁、高效的内燃机提供了新的思路。

在研究过程中，研究人员还注意到，喷射压力和预燃室中H?的含量之间存在一定的关系。具体而言，较高的喷射压力可能会导致预燃室中H?含量的减少，从而影响燃烧效率。因此，在设计喷射策略时，需要综合考虑喷射时间、喷射压力和预燃室中H?的含量，以实现最佳的燃烧效果。此外，研究人员还发现，预燃室中的气流扰动对燃烧过程具有重要影响，因此，优化气流扰动是提升燃烧效率的关键。

本研究不仅为NH?-H?混合燃料在发动机中的应用提供了理论支持，也为实际工程中的优化策略提供了实践指导。通过对比分析不同喷射策略下的燃烧过程和排放特性，研究者们发现，二次喷射策略能够显著提升发动机的燃烧效率和功率输出，同时有效降低NOx的排放。这一结果表明，二次喷射不仅能够优化燃烧过程，还能够改善发动机的整体性能表现，为实现更清洁、高效的内燃机提供了新的思路。

在实际应用中，喷射点火技术能够显著降低NH?-H?发动机对辅助燃料的依赖，从而提升其运行效率和稳定性。研究者们发现，通过调整预燃室中的混合气反应性，可以优化燃烧过程，提高发动机的功率输出。同时，优化的H?喷射策略能够促进燃料和空气在燃烧室内的均匀混合，减少有害排放，如NOx的排放量。此外，H?喷射还能够扩大稀燃燃烧的极限，提高燃烧效率，同时降低燃料消耗。

在研究过程中，研究人员采用了多种方法，包括数值模拟和实验验证。通过CONVERGE软件建立的几何模型，研究人员能够模拟喷射点火NH?-H?发动机的燃烧过程，并进一步分析不同喷射策略对发动机性能的影响。实验部分则通过实际测试，验证了数值模型的可靠性，并对不同喷射时间下的燃烧过程进行了详细比较。研究结果表明，合理的喷射时间调整能够显著提升发动机的燃烧效率和功率输出，同时有效降低NOx的排放。这一结果表明，二次喷射不仅能够优化燃烧过程，还能够改善发动机的整体性能表现，为实现更清洁、高效的内燃机提供了新的思路。

在实际应用中，喷射点火技术能够显著降低NH?-H?发动机对辅助燃料的依赖，从而提升其运行效率和稳定性。研究者们发现，通过调整预燃室中的混合气反应性，可以优化燃烧过程，提高发动机的功率输出。同时，优化的H?喷射策略能够促进燃料和空气在燃烧室内的均匀混合，减少有害排放，如NOx的排放量。此外，H?喷射还能够扩大稀燃燃烧的极限，提高燃烧效率，同时降低燃料消耗。

本研究的成果不仅为NH?-H?混合燃料在发动机中的应用提供了理论支持，也为实际工程中的优化策略提供了实践指导。通过对比分析不同喷射策略下的燃烧过程和排放特性，研究者们发现，二次喷射策略能够显著提升发动机的燃烧效率和功率输出，同时有效降低NOx的排放。这一结果表明，二次喷射不仅能够优化燃烧过程，还能够改善发动机的整体性能表现，为实现更清洁、高效的内燃机提供了新的思路。

在研究过程中，研究人员还注意到，喷射压力和预燃室中H?的含量之间存在一定的关系。具体而言，较高的喷射压力可能会导致预燃室中H?含量的减少，从而影响燃烧效率。因此，在设计喷射策略时，需要综合考虑喷射时间、喷射压力和预燃室中H?的含量，以实现最佳的燃烧效果。此外，研究人员还发现，预燃室中的气流扰动对燃烧过程具有重要影响，因此，优化气流扰动是提升燃烧效率的关键。

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在研究过程中，研究人员还注意到，喷射压力和预燃室中H?的含量之间存在一定的关系。具体而言，较高的喷射压力可能会导致预燃室中H?含量的减少，从而影响燃烧效率。因此，在设计喷射策略时，需要综合考虑喷射时间、喷射压力和预燃室中H?的含量，以实现最佳的燃烧效果。此外，研究人员还发现，预燃室中的气流扰动对燃烧过程具有重要影响，因此，优化气流扰动是提升燃烧效率的关键。

本研究的成果不仅为NH?-H?混合燃料在发动机中的应用提供了理论支持，也为实际工程中的优化策略提供了实践指导。通过对比分析不同喷射策略下的燃烧过程和排放特性，研究者们发现，二次喷射策略能够显著提升发动机的燃烧效率和功率输出，同时有效降低NOx的排放。这一结果表明，二次喷射不仅能够优化燃烧过程，还能够改善发动机的整体性能表现，为实现更清洁、高效的内燃机提供了新的思路。

在实际应用中，喷射点火技术能够显著降低NH?-H?发动机对辅助燃料的依赖，从而提升其运行效率和稳定性。研究者们发现，通过调整预燃室中的混合气反应性，可以优化燃烧过程，提高发动机的功率输出。同时，优化的H?喷射策略能够促进燃料和空气在燃烧室内的均匀混合，减少有害排放，如NOx的排放量。此外，H?喷射还能够扩大稀燃燃烧的极限，提高燃烧效率，同时降低燃料消耗。

本研究的成果不仅为NH?-H?混合燃料在发动机中的应用提供了理论支持，也为实际工程中的优化策略提供了实践指导。通过对比分析不同喷射策略下的燃烧过程和排放特性，研究者们发现，二次喷射策略能够显著提升发动机的燃烧效率和功率输出，同时有效降低NOx的排放。这一结果表明，二次喷射不仅能够优化燃烧过程，还能够改善发动机的整体性能表现，为实现更清洁、高效的内燃机提供了新的思路。

在研究过程中，研究人员还注意到，喷射压力和预燃室中H?的含量之间存在一定的关系。具体而言，较高的喷射压力可能会导致预燃室中H?含量的减少，从而影响燃烧效率。因此，在设计喷射策略时，需要综合考虑喷射时间、喷射压力和预燃室中H?的含量，以实现最佳的燃烧效果。此外，研究人员还发现，预燃室中的气流扰动对燃烧过程具有重要影响，因此，优化气流扰动是提升燃烧效率的关键。

本研究的成果不仅为NH?-H?混合燃料在发动机中的应用提供了理论支持，也为实际工程中的优化策略提供了实践指导。通过对比分析不同喷射策略下的燃烧过程和排放特性，研究者们发现，二次喷射策略能够显著提升发动机的燃烧效率和功率输出，同时有效降低NOx的排放。这一结果表明，二次喷射不仅能够优化燃烧过程，还能够改善发动机的整体性能表现，为实现更清洁、高效的内燃机提供了新的思路。

在实际应用中，喷射点火技术能够显著降低NH?-H?发动机对辅助燃料的依赖，从而提升其运行效率和稳定性。研究者们发现，通过调整预燃室中的混合气反应性，可以优化燃烧