正丁醇对氨自燃特性的影响机制研究：基于激波管实验与反应动力学分析

为突破氨燃料(NH3 )高点火能量、长点火延迟时间(IDT)的技术瓶颈，研究人员通过激波管实验系统探究了正丁醇(NBA)掺杂比例(0-30%)对NH3 /O2 /Ar混合气在1100-2000K、0.14-0.5MPa条件下的自燃特性影响。发现5% NBA掺混可使IDT显著缩短，且在富氧条件下促进效果最强，为氨-醇混合燃料的化学动力学模型构建提供了关键实验依据。

　　

氨作为一种零碳燃料，其储运便利性和成熟产业链使其在交通领域脱碳中极具潜力。然而高点火能量、缓慢的燃烧速率等缺陷严重制约其应用。与氢(H₂
)、二甲醚(DME)等助燃剂相比，生物质衍生的正丁醇(NBA)具有能量密度高、腐蚀性低等优势，但此前缺乏对其促进氨燃烧机制的深入研究。

龙门实验室联合团队通过精密设计的加热激波管实验，首次系统测量了不同NBA掺杂比例(5%/10%/30%)下NH₃
/O₂
/Ar混合气在宽温压范围(1100-2000K, 0.14/0.5MPa)的点火延迟时间(IDT)。采用多变量线性拟合和化学动力学模拟，揭示了NBA促进氨自燃的非线性效应及其压力敏感性规律。

关键技术包括：1) 内径100mm、壁厚17.5mm的加热激波管系统(Ra<3.2μm)，温度控制精度±0.1K；2) 反射激波法测量IDT；3) 基于Arrhenius方程的多元线性回归分析；4) NH₃
-NBA反应动力学模型验证。

【Effect of the butan-1-ol mole fraction】
实验数据显示：5% NBA掺混使IDT呈非线性缩短，30%掺混时在0.5MPa下出现温度交叉效应。低压(0.14MPa)下NBA的促燃效果更显著，且富氧条件(当量比φ=0.5)下5%掺混样品的IDT缩短率达最大值。

【Conclusions】
研究证实：1) NBA通过快速分解产生活性自由基(如NH₂
)，加速NH₃
链式反应启动；2) IDT对当量比的敏感性随NBA含量增加呈先增强后减弱趋势；3) 高压(0.5MPa)会减弱NBA的促燃效率。该成果为优化氨-醇混合燃料配方提供了定量依据，其建立的化学动力学模型对开发新型低碳燃料具有重要指导价值。

值得注意的是，相比传统助燃剂如CH₄
或H₂
，NBA在掺混比例≤10%时即展现出更优异的点火性能，这与其分子结构中β-C-H键断裂能较低的特性密切相关。研究团队特别指出，30%高掺混比例下出现的温度交叉效应，暗示着NBA与NH₃
的协同作用存在临界阈值，这一发现为后续反应路径优化提供了新方向。