氨与二甲醚替代燃料模拟JP-8层流火焰速度的燃烧特性研究及其在可持续航空燃料开发中的应用

本文通过快速压缩燃烧装置(RCM-Flame)研究了NH3/DME（氨/二甲醚）混合燃料在5-15 bar高压、540-580K高温条件下的层流火焰速度特性。研究发现含50% DME的混合燃料可达到与JP-8相当的火焰速度，验证了该替代燃料在航空燃气轮机中应用的可行性，为开发低碳可持续航空燃料(SAF)提供了重要实验依据。

　　

Highlight

本研究亮点在于首次系统评估了NH₃/DME混合燃料在航空燃气轮机典型工况下的燃烧性能。实验采用快速压缩燃烧装置(RCM-Flame)，捕捉到高压(15.36 bar)高温(580K)条件下燃料的层流火焰传播特性，填补了该领域关键数据空白。

Results and discussion

实验数据显示：

1. 1.

   含50% DME的混合燃料在5.09 bar/558K条件下，层流火焰速度达35 cm/s，与JP-8参考值高度吻合

2. 2.

   压力敏感性分析揭示：火焰速度随压力升高呈指数下降，符合S_L∝P^-β关系，其中β值随DME比例增加呈现非线性变化

3. 3.

   关键自由基(O/H/OH)浓度变化与火焰速度正相关，而NH₂重组反应显著影响高压下的氮基反应路径

Summary

研究证实NH₃/DME混合燃料通过优化配比可精准模拟JP-8的燃烧特性：

• •

  50% DME配方匹配火焰速度

• •

  30% DME配方匹配自燃特性(620-710K)

  该发现为开发"碳中和"航空燃料提供了新思路，其碳减排潜力可达理论值100%（基于NH₃的零碳特性）。

Conclusion

本工作通过实验与模拟相结合，建立了NH₃/DME混合燃料在航空发动机工况下的燃烧数据库，验证了该替代方案在保持传统燃料性能的同时实现深度减排的双重优势，为航空业低碳转型提供了关键技术支撑。