双旋流轴向分级燃烧器中甲烷-氢气混合燃料比例与轴向分级比对燃烧特性及NOx排放的协同调控机制

为解决甲烷-氢气混合燃烧中NOx排放控制难题，研究人员通过Fluent数值模拟探究了双旋流轴向分级燃烧器在不同燃料轴向分级比(0.3-0.7)和氢气掺混比(0%-50%)下的协同效应。结果表明：氢气掺混提升流体动能并强化回流区，而0.5的轴向分级比可有效抑制NOx生成(<150?mg/m3)，为清洁能源燃烧技术提供理论支撑。

　　

这项研究揭示了双旋流轴向分级燃烧器(Double-Swirl Axial Staged Burner)在恒定热功率下，甲烷(CH₄)-氢气(H₂)混合燃料的燃烧奥秘。通过三维数值模拟，科研人员发现当氢气掺混比例从0%提升至50%时，燃烧室内的流体像被注入"能量兴奋剂"，动能显著增强并形成更强劲的回流区(recirculation zones)。有趣的是，氢气就像"温度调节大师"，不仅将燃烧温度平均提升50-80K，还让高温区像"触手"般向进出口方向延伸。

更关键的是，研究捕捉到轴向分级比(staged ratio)与NO_x生成的"黄金平衡点"——当分级比为0.5时，即便氢气掺混达30%，NO_x浓度仍能控制在150?mg/m³以下，这相当于给燃烧室装上了"环保过滤器"。该发现为开发新一代低碳燃烧系统提供了"技术路线图"，特别适合需要兼顾能源效率与排放控制的燃气轮机应用场景。