氨/乙醇混合燃料爆炸极限的数值研究：氨裂解与初始组分的影响机制

为解决低碳燃料应用中NH3/C2H5OH混合燃料的爆炸风险问题，研究人员通过数值模拟系统分析了NH3裂解、氧化剂含量及稀释气体（N2/CO2/H2O）对爆炸极限的影响。结果表明，NH3裂解生成的H2使爆炸曲线呈现Z型非单调特征，而H2O的化学效应在高压力下削弱了抑爆效果。该研究为低碳燃料安全应用提供了理论指导。

　　

随着环境污染和化石能源枯竭问题日益严峻，寻找低碳/零碳燃料成为全球研究热点。氨（NH₃）作为一种无碳能源载体备受关注，但其燃烧性能差、点火温度高，常需与乙醇（C₂H₅OH）等燃料混合使用。然而，NH₃裂解生成的氢气（H₂）会显著改变混合燃料的爆炸特性，带来安全隐患。大连理工大学的研究团队在《Process Safety and Environmental Protection》发表论文，通过数值模拟揭示了NH₃/C₂H₅OH混合燃料的爆炸极限变化规律。

研究采用Cantera软件构建绝热恒容反应器模型，通过虚拟气体法分离物理与化学效应，结合敏感性分析探究关键反应路径。设计了不同NH₃/C₂H₅OH配比、裂解率及稀释气体（N₂/CO₂/H₂O）条件的计算方案。

NH₃裂解效应
纯NH₃和C₂H₅OH的爆炸极限曲线呈单调下降趋势，但NH₃裂解生成的H₂使混合燃料爆炸曲线转变为Z型，中压区（10-100 atm）爆炸风险显著增加。

氧化剂影响
增加O₂含量会扩大爆炸区域，但在中高压条件下，爆炸极限对O₂变化的敏感性降低。敏感性分析显示，O₂仅低压时显著影响关键反应。

稀释气体作用
N₂、CO₂和H₂O均通过物理效应抑制爆炸，但H₂O在高压力下因参与H+O₂(+M)=HO₂(+M)等反应，化学效应使其抑爆效果弱于N₂/CO₂。

该研究首次系统阐明了NH₃/C₂H₅OH混合燃料的爆炸极限调控机制，为低碳燃料的安全应用提供了重要依据。Menglan Miao等提出的虚拟气体法为后续燃料设计提供了方法论支持，而关于H₂O化学效应的发现对工业抑爆技术具有指导价值。研究结果将推动NH₃基燃料在发动机等领域的应用进程，助力碳中和目标实现。