Структура пламен смесей аммиак/водород/кислород/аргон при повышенных давлениях

Аннотация
Актуальной задачей является поиск альтернативных источников топлива. Наиболее привлекательным из них является водород, поскольку при его горении образуется только вода. Однако ввиду специфических свойств водорода его широкое применение в качестве топлива не представляется возможным. Существует идея использования химических носителей водорода таких как, например, аммиак. Для улучшения характеристик горения аммиака в него можно добавить небольшое количество водорода, который может быть получен из самого аммиака. В работе представлены экспериментальные данные по структуре пламен смесей NH₃/H₂/O₂/ Ar при давлении 4 атм. Значения коэффициента избытка топлива составляли 0,8, 1,0 и 1,2, соотношение NH₃/ H₂ бралось равным 1/1. Для измерения структуры пламен использован метод зондовой молекулярно-пучковой масс-спектрометрии с мягкой ионизацией электронным ударом. Для стабилизации пламен использовалась плоская горелка. Температурные профили в пламени измерялись при помощи тонких термопар S-типа. Численное моделирование проводилось при помощи модуля PREMIX из программного пакета CHEMKIN. Сравнение экспериментальных и численных данных позволило выбрать химико-кинетический механизм окисления смесей NH₃/H₂ из числа представленных в литературе, обладающий наилучшей предсказательной способностью. Экспериментальные и численные данные показали, что основными азотсодержащими соединениями в зоне конечных продуктов горения являются N₂ и NO, при этом концентрация N₂O и NO₂ незначительна. Показано, что с точки зрения снижения концентрации NO в зоне конечных продуктов горения наиболее оправдано использовать горючие смеси с небольшим избытком топлива. Кроме того, было проанализировано влияние величины коэффициента избытка топлива на пиковую концентрацию NO, N₂O и NO₂. Было показано, что для снижения пиковой концентрации NO, N₂O и NO₂ также предпочтительно использовать богатые топливные смеси.

Ключевые слова
аммиак, водород, структура пламени, масс-спектрометрия
УДК 536.461

Структура пламен смесей аммиак/водород/кислород/аргон при повышенных давлениях