??目前,溫室氣體排放(fang)(fang)導致(zhi)的(de)氣候變化問題已經引(yin)起了(le)全(quan)(quan)球的(de)廣泛關注。在各種碳(tan)(tan)排放(fang)(fang)來源中,航空(kong)(kong)業(ye)占比接近2.5%,被普遍認(ren)為(wei)是重要(yao)的(de)碳(tan)(tan)排放(fang)(fang)行(xing)業(ye)。如(ru)果(guo)不采(cai)取控制措施(shi),到2050年,全(quan)(quan)球25%的(de)碳(tan)(tan)排放(fang)(fang)將來自航空(kong)(kong)業(ye)。減少航空(kong)(kong)發動(dong)機的(de)碳(tan)(tan)排放(fang)(fang)量是實(shi)現碳(tan)(tan)中和目標的(de)主要(yao)途徑之一。
??為了(le)真正(zheng)實(shi)現凈零碳排放,航空發(fa)(fa)動機行業已經進(jin)行了(le)大量的燃料電池和混合電推(tui)進(jin)裝(zhuang)置的研(yan)究,但由于(yu)(yu)電池能量密度的限(xian)制,目(mu)前這些技(ji)術大多(duo)只適用于(yu)(yu)中短途飛(fei)機,無法實(shi)現遠(yuan)距離飛(fei)行。相(xiang)比之下,氫(qing)渦輪風扇發(fa)(fa)動機具(ju)有較(jiao)高的減排潛力和優(you)勢,在低碳發(fa)(fa)展中具(ju)有巨大的潛力。
四座(zuo)氫內燃飛(fei)機原型機
??氫(qing)(qing)(qing)燃(ran)(ran)(ran)(ran)料因零碳排(pai)放(fang)和燃(ran)(ran)(ran)(ran)燒(shao)(shao)熱值高的特點,成為(wei)航空(kong)發(fa)動機(ji)(ji)和地(di)面燃(ran)(ran)(ran)(ran)氣(qi)(qi)(qi)輪(lun)機(ji)(ji)領(ling)域(yu)最具應(ying)(ying)用(yong)潛力的燃(ran)(ran)(ran)(ran)料,而氫(qing)(qing)(qing)氣(qi)(qi)(qi)微混燃(ran)(ran)(ran)(ran)燒(shao)(shao)技(ji)術(shu)則是(shi)其實現廣泛(fan)應(ying)(ying)用(yong)的關鍵之一(yi),該技(ji)術(shu)的難點是(shi)解決氫(qing)(qing)(qing)氣(qi)(qi)(qi)燃(ran)(ran)(ran)(ran)燒(shao)(shao)常有回(hui)火(huo)和排(pai)放(fang)高的問(wen)題,其中(zhong)回(hui)火(huo)將導(dao)致火(huo)焰從燃(ran)(ran)(ran)(ran)燒(shao)(shao)室逆向傳播(bo)到氫(qing)(qing)(qing)氣(qi)(qi)(qi)噴射通道,嚴重時(shi)會(hui)導(dao)致燃(ran)(ran)(ran)(ran)燒(shao)(shao)室頭部燒(shao)(shao)蝕(shi)和供氫(qing)(qing)(qing)系統(tong)燒(shao)(shao)壞等。因此突(tu)破氫(qing)(qing)(qing)燃(ran)(ran)(ran)(ran)燒(shao)(shao)技(ji)術(shu)是(shi)推(tui)動氫(qing)(qing)(qing)燃(ran)(ran)(ran)(ran)料燃(ran)(ran)(ran)(ran)氣(qi)(qi)(qi)渦輪(lun)發(fa)動機(ji)(ji)發(fa)展的必(bi)經之路。
??現有研(yan)究廣泛將大(da)規模火(huo)焰(yan)(yan)細化(hua)為眾多(duo)細小火(huo)焰(yan)(yan),可以顯著(zhu)提高氫氣(qi)與空(kong)氣(qi)的(de)摻混效(xiao)率,從而(er)有效(xiao)增(zeng)強(qiang)混合(he)均勻性,進(jin)一步降低空(kong)氣(qi)摻入燃燒(shao)產生的(de)氮氧化(hua)物(wu)排(pai)放并(bing)防(fang)止回火(huo)。
氫氣微混燃燒
??在結構(gou)形(xing)式上,用(yong)陣(zhen)列排(pai)布的(de)(de)微(wei)型(xing)(xing)混合(he)通(tong)(tong)(tong)道代(dai)替傳統(tong)的(de)(de)旋流混合(he)通(tong)(tong)(tong)道,這種微(wei)型(xing)(xing)混合(he)通(tong)(tong)(tong)道一般尺寸小于10mm,燃(ran)料可以(yi)在每個微(wei)型(xing)(xing)通(tong)(tong)(tong)道內(nei)實(shi)現均(jun)勻燃(ran)燒。
傳(chuan)統燃燒和氫氣微混燃燒對比
??未來,微混(hun)燃(ran)燒結構的設計將朝著更緊湊的方向發(fa)(fa)展,在現有微通(tong)道混(hun)合(he)技(ji)術(shu)(shu)的基礎上,進一(yi)步強化旋(xuan)流(liu)效應,持續優化摻(chan)混(hun)過程(cheng)。除此之外,結合(he)分級燃(ran)燒技(ji)術(shu)(shu)也是一(yi)個(ge)可行的發(fa)(fa)展方向,通(tong)過分階(jie)段精(jing)確控制(zhi)氫氣(qi)和空氣(qi)的流(liu)量,調節(jie)混(hun)合(he)區域的當量比和燃(ran)燒溫度,這(zhe)樣的方法不僅有助于(yu)增強燃(ran)燒的穩定性,還能有效降低氮氧化物的排放(fang)。
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氫氣微混燃燒室
??突破氫(qing)燃(ran)燒技術(shu)是航(hang)空(kong)發動機和燃(ran)氣(qi)輪機實(shi)(shi)現(xian)脫碳的(de)關(guan)鍵(jian),是“雙碳”戰略必不可少的(de)一環(huan),通過深化(hua)氫(qing)燃(ran)燒基礎研(yan)究和工程實(shi)(shi)踐(jian),能(neng)夠(gou)為(wei)實(shi)(shi)現(xian)零碳排放和低污染(ran)排放的(de)氫(qing)能(neng)源動力系統的(de)發展,構(gou)筑起堅(jian)實(shi)(shi)的(de)科技支(zhi)撐。
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