氨气掺杂对正庚烷层流扩散火焰碳烟辐射特性的压力依赖性研究

本文通过实验（激光诱导白炽法LII、双线OH-PLIF测温）与数值模拟相结合，系统研究了氨气（NH3）掺杂（0-50%质量分数）及压力升高（0.1-0.3 MPa）对正庚烷火焰碳烟辐射的调控机制，揭示了NH3通过抑制多环芳烃（PAHs）生长路径实现碳烟减排的化学作用，为氨/烃混合燃烧系统的辐射热管理设计提供理论支撑。

　　

Highlight

Soot volume fraction

图3展示了实验测得的碳烟体积分数分布，随着氨气掺杂量从0%增至50%，碳烟显著减少。未添加氨气时，火焰中心区域出现典型的黄红色碳烟高浓度区；而50%氨气掺杂使碳烟体积分数降低95.5%，证实氨气通过化学作用抑制碳烟前驱体形成。

Conclusions

本研究揭示了氨气掺杂（0-50%）与压力升高（0.1-0.3 MPa）对正庚烷/氨气层流扩散火焰中碳烟形成及辐射特性的调控规律：

1. 1.

   氨气表现出极强的碳烟抑制能力，50%掺杂时碳烟体积分数降低95.5%，主要归因于NH₃衍生的活性自由基对多环芳烃（PAHs）生长路径的阻断；

2. 2.

   压力升高会非线性增强碳烟和气相辐射，但氨气能有效抵消这种压力驱动效应；

3. 3.

   实验与模拟均证实，氨气添加使峰值温度保持稳定（波动±5%），说明辐射变化源于碳烟抑制而非热力学改变；

4. 4.

   氨气通过调控OH自由基浓度，在抑制碳烟氧化的同时维持火焰稳定性。

这些发现为设计具有可控辐射热管理的氨/烃混合燃烧系统提供了关键理论依据，尤其适用于需要平衡颗粒物减排与辐射热效率的高压燃烧场景。