??目前,溫室氣體排放導(dǎo)致的氣候變化問題已經(jīng)引起了全球的廣泛關(guān)注。在各種碳排放來源中,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,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)模火焰細(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比
??未來,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)化摻混過程。除此之外,結(jié)合分級燃燒技術(shù)也是一個(gè)可行的發(fā)展方向,通過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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