Исследование характеристик горения пористых горелок с радиальным направленным внутрь потоком для аммиачно-водородных пламен

В настоящем исследовании изучается потенциал пористых горелок для улучшения характеристик горения аммиака (NH3), что обусловлено рециркуляцией тепла в структуре, расширяющей пределы воспламеняемости предварительно перемешанных пламен. Создана пористая горелка с радиальным направленным внутрь потоком и динамической стабилизацией пламени, оснащенная компактной керамической пеной из карбида кремния. Пористая решетчатая структура пены, основанная на диаграмме Вороного, имеет непрерывно градуированную топологию с линейным увеличением объемной доли пустот в радиальном направлении от внешней области к внутренней. Пределы воспламеняемости горелки оценивали при добавлении в топливный поток до 30% водорода (H2) по объему. Диапазон устойчивой работы на чистом NH3 составлял 0.8≤ϕ≤1.3, а для смесей H2/NH3 в соотношении 30/70 расширялся до 0.55≤ϕ≤1.5. Для выявления характера распространения фронта пламени при различных рабочих условиях применяли инфракрасную радиометрию для определения температуры твердой матрицы с использованием узкополосного фильтра, предотвращающего влияние газообразных компонентов. Температуры отработавшего газа и керамической пены сопоставляли для получения информации о динамике пламени. Выбросы NO и N2O, а также проскок NH3 и H2 анализировали при различных составах смесей и коэффициентах эквивалентности. К условиям, минимизировавшим выбросы NO, относились: (a) горение смесей NH3/H2 вблизи нижнего предела обеднения, (b) богатые условия при ϕ≥1.2 и (c) горение чистого NH3 вблизи стехиометрических условий при низкой температуре горения, обусловленной низким массовым потоком. Измеренные выбросы загрязняющих веществ сравнивали с результатами модели реактора идеального перемешивания, продемонстрировав хорошее согласие.