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航發(fā)科普丨錨定零碳排放目標(biāo)?探索氫氣微混燃燒技術(shù)

來(lái)源： 發(fā)布時(shí)間：2025年04月10日

??目前，溫室氣體排放導(dǎo)致的氣候變化問(wèn)題已經(jīng)引起了全球的廣泛關(guān)注。在各種碳排放來(lái)源中，航空業(yè)占比接近2.5%，被普遍認(rèn)為是重要的碳排放行業(yè)。如果不采取控制措施，到2050年，全球25%的碳排放將來(lái)自航空業(yè)。減少航空發(fā)動(dòng)機(jī)的碳排放量是實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的主要途徑之一。

??為了真正實(shí)現(xiàn)凈零碳排放，航空發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)已經(jīng)進(jìn)行了大量的燃料電池和混合電推進(jìn)裝置的研究，但由于電池能量密度的限制，目前這些技術(shù)大多只適用于中短途飛機(jī)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離飛行。相比之下，氫渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)具有較高的減排潛力和優(yōu)勢(shì)，在低碳發(fā)展中具有巨大的潛力。

四座氫內(nèi)燃飛機(jī)原型機(jī)

??氫燃料因零碳排放和燃燒熱值高的特點(diǎn)，成為航空發(fā)動(dòng)機(jī)和地面燃?xì)廨啓C(jī)領(lǐng)域最具應(yīng)用潛力的燃料，而氫氣微混燃燒技術(shù)則是其實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵之一，該技術(shù)的難點(diǎn)是解決氫氣燃燒常有回火和排放高的問(wèn)題，其中回火將導(dǎo)致火焰從燃燒室逆向傳播到氫氣噴射通道，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致燃燒室頭部燒蝕和供氫系統(tǒng)燒壞等。因此突破氫燃燒技術(shù)是推動(dòng)氫燃料燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的必經(jīng)之路。

??現(xiàn)有研究廣泛將大規(guī)?；鹧婕?xì)化為眾多細(xì)小火焰，可以顯著提高氫氣與空氣的摻混效率，從而有效增強(qiáng)混合均勻性，進(jìn)一步降低空氣摻入燃燒產(chǎn)生的氮氧化物排放并防止回火。

氫氣微混燃燒?

??在結(jié)構(gòu)形式上，用陣列排布的微型混合通道代替?zhèn)鹘y(tǒng)的旋流混合通道，這種微型混合通道一般尺寸小于10mm，燃料可以在每個(gè)微型通道內(nèi)實(shí)現(xiàn)均勻燃燒。

傳統(tǒng)燃燒和氫氣微混燃燒對(duì)比

??未來(lái)，微混燃燒結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)將朝著更緊湊的方向發(fā)展，在現(xiàn)有微通道混合技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步強(qiáng)化旋流效應(yīng)，持續(xù)優(yōu)化摻混過(guò)程。除此之外，結(jié)合分級(jí)燃燒技術(shù)也是一個(gè)可行的發(fā)展方向，通過(guò)分階段精確控制氫氣和空氣的流量，調(diào)節(jié)混合區(qū)域的當(dāng)量比和燃燒溫度，這樣的方法不僅有助于增強(qiáng)燃燒的穩(wěn)定性，還能有效降低氮氧化物的排放。

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氫氣微混燃燒室

??突破氫燃燒技術(shù)是航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)實(shí)現(xiàn)脫碳的關(guān)鍵，是“雙碳”戰(zhàn)略必不可少的一環(huán)，通過(guò)深化氫燃燒基礎(chǔ)研究和工程實(shí)踐，能夠?yàn)閷?shí)現(xiàn)零碳排放和低污染排放的氫能源動(dòng)力系統(tǒng)的發(fā)展，構(gòu)筑起堅(jiān)實(shí)的科技支撐。

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