分会场

交通能源与绿色燃料

摘要

“双碳”目标下，船海动力能源变革势在必行。氨作为无碳燃料和良好氢载体，因其在远洋船舶应用的巨大潜力而获得广泛关注。然而，由于氨的火焰传播速度低，自燃温度高，难以直接用于现有大缸径船用低速发动机，需要针对性开发强化燃烧技术。预燃室微喷射流引燃耦合废气余热在线裂解氨制氢的重整辅助射流引燃技术（Reforming Assisted Jet Ignition, RAJI）因其实现高氨替代率、高热效率和低排放的巨大潜力，成为氨强化燃烧的关键技术路径之一。但是，由于气态燃料低密度、高扩散性的物理性质，缸内混合气分布难以控制。如何通过主动控制，调节缸内混合气形成过程，实现高效清洁燃烧是RAJI模式的核心问题。 本研究提出一种基于液氨缸内直喷的主动控制策略，即：主要成分为氢气+氮气的氨裂解气以气态引入，液氨以不同喷射策略低压直喷进入气缸，在缸内大尺度涡流作用下形成不同程度的分层混合气，进而调控缸内燃烧过程。目前大型氨燃料船用低速发动机仍处于开发阶段，试验数据匮乏，因此本研究使用数值模拟方法开展了可行性验证。以WinGD RT-flex 50DF为原型构建几何模型并设置相应边界条件。为精确模拟湍流对缸内混合气形成及燃烧过程的影响，本研究采用了LES方法耦合详细化学反应动力学机理构建三维CFD模型，经网格无关性验证，模型精度良好。 数值模拟结果表明，液氨直喷位置高度，与缸壁的空间夹角和喷射压力均对缸内混合气分层有显著影响。直喷位置靠近缸盖，与缸壁切线方向夹角< 45°及较高的喷射压力有助于加速缸内燃烧过程，降低尾气中NH3和N2O的排放量，综合改善动力、经济和排放性能。因此，基于液氨直喷的缸内混合气主动分层控制策略具有较好的应用前景，有望实现RAJI模式的高效清洁燃烧。

关键词

氨燃料;重整辅助射流引燃;低速二冲程船用发动机;燃料分层;主动控制

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