润滑机油作为氢发动机自燃中心的潜力研究：反应性改变、化学点火与传播模式

为解决氢内燃机(ICE)中因润滑油污染导致的异常燃烧问题，研究人员通过建立解析模型结合OpenSMOKE++数值模拟，揭示了润滑油液滴在H2/air环境中如何通过改变局部反应性（如n-C16H34掺混降低点火延迟时间至0.16ms）成为自燃中心，并基于Bradley理论首次提出“敏感点”概念，为氢发动机抗预燃设计提供理论支撑。

　　

随着全球交通领域CO₂排放量回升至疫情前水平（2019年约6.1Gt），氢燃料内燃机(ICE)因其零尾气碳排放特性成为转型关键。然而，氢气的宽可燃范围(Φ_H2=0.25-0.75)和低点火能量使其易受润滑油微滴诱导的预燃现象影响，导致发动机性能下降甚至损坏。传统研究多聚焦于温度不均匀性引发的“热点”效应，而中国某高校团队首次系统揭示了润滑油作为化学活性中心的潜在威胁。

研究团队通过构建“洋葱皮”模型解析润滑油液滴(r_s=25-75μm)在H₂/air环境中的蒸气扩散行为，结合HyLube化学反应机理（包含133物种/2074反应），量化了油滴周围温度场(T)与组分分布(Y_oil)的耦合效应。关键技术包括：(1)准稳态液滴蒸发模型计算质量分数梯度；(2)Clausius-Clapeyron方程关联界面平衡条件；(3)OpenSMOKE++零维模拟获取τ(r)分布；(4)Bradley维度分析框架评估传播模式。

2.1 油滴周边反应性改变机制
通过解析模型发现，在p=50bar、T_∞=900K条件下，半径25μm油滴表面形成Y_oil≈0.5的富油区，使有效当量比Φ_eff升至15。0D模拟显示该区域τ从纯H₂的34ms骤降至0.16ms（降幅99.5%），且高反应性区域延伸至5倍液滴半径处（δ=4）。

3.1 传播模式分类
基于修正的Zel'dovich理论，研究团队绘制了适用于H₂/oil/air混合物的传播模式图（图7）。当ε=ρD/λ≈1时，在ξ=τ_e/τ_a=0.1-1区间（T=1000K,p=70bar）观察到亚音速自燃传播，其能量释放速率较纯氢燃烧提高2个数量级。

讨论部分指出，润滑油中长链烷烃(n-C₁₆H₃₄)的低温氧化特性是引发异常燃烧的主因。该研究首次量化了“化学活性梯度”与“温度梯度”的协同效应，提出的“敏感点”概念（涵盖组分与温度双重扰动）为开发抗预燃润滑油配方提供了新思路。论文发表于《Fuel》的这项成果，标志着氢发动机设计从单纯热管理转向化学-热力学耦合控制的新阶段。