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第一作者及机构信息
本研究的通讯作者为Xiangyu Meng（大连理工大学化工学院），合作者包括Chenhan Zhao、Zechuan Cui（大连理工大学内燃机研究所）等共8位作者。研究发表于Elsevier旗下期刊《Fuel》第331卷（2023年），文章编号125743，在线发布于2022年8月29日。

学术背景与研究动机
研究领域为低碳燃料燃烧技术，聚焦氨（NH₃）作为氢载体在内燃机中的应用。背景知识显示：氨燃烧可实现碳中和，但其存在层流燃烧速度（LBV, laminar burning velocity）低、点火能量高、氮氧化物（NOx）排放高等技术瓶颈。团队旨在通过预燃室射流诱导点火（pre-chamber jet-induced ignition）系统，探究纯氨在贫燃条件（lean-burn condition）下的燃烧特性及NOx生成机制，为解决上述问题提供理论支持。

研究流程与方法
研究分为四个核心步骤：
1. 实验系统搭建
- 采用光学定容燃烧室（CVCC, constant volume combustion chamber）装置，集成预燃室（容积6 mL，喷孔直径3 mm）、高速纹影成像系统（schlieren visualization）及数据采集系统。
- 创新点：开发了电子控制单元与图像记录程序，实现燃烧过程的可视化同步监测。

1. CFD模型构建与验证

   • 基于CONVERGE软件建立三维计算流体动力学（CFD, computational fluid dynamics）模型，耦合简化氨反应机理（含38物种、256步反应）。
     
   • 采用RNG k-ε湍流模型、Angelberger壁面传热模型、Gulder火焰传播模型，并引入自适应网格加密（AMR, adaptive mesh refinement）技术。
     
   • 验证方法：对比实验与模拟的压力曲线、热释放率（HRR, heat-release rate）及温度场分布，误差小于5%（图6-7）。同时验证了点火延迟时间（IDT, ignition delay time）和NO生成路径与文献数据的吻合性（图4-5）。

2. 数值模拟设计

   • 固定预燃室当量比（φ=1.1），主燃室当量比从0.65至0.9梯度变化，初始温度800 K、压力3.0 MPa（模拟发动机压缩冲程上止点条件）。
     
   • 关键参数：通过0D Chemkin模型辅助分析NO反应路径。

3. 数据分析方法

   • 燃烧阶段划分：基于质量燃烧分数（MFB, mass fraction burned）的10%/50%/90%时间节点（mfb10/50/90）。
     
   • NOx生成机制：追踪HNO、NH₂等中间产物浓度变化，结合反应路径分析（如R1-R8还原反应）。

主要研究结果
1. 燃烧特性
- 预燃室射流显著提升主燃室燃烧速率，φ=0.9时燃烧持续时间较φ=0.65缩短40%（图11）。
- 高当量比（φ=0.8-0.9）促进OH、O自由基生成，峰值浓度提高30%（图13-14），加速后期燃烧。

1. NOx生成规律
   
   • NO生成呈现“先增后减”趋势，φ=0.9时峰值浓度较φ=0.7降低25%（图19）。
     
   • 机制解析：高当量比下NH₂和NH自由基增加，促进NO还原反应（如NH + N → N₂ + H），同时抑制NO→NO₂氧化路径（图18）。
     
   • 最终NOx排放中NO占比超90%，φ=0.9时总NOx较φ=0.65减少35%（图20）。

结论与价值
1. 科学价值
- 首次阐明预燃室射流点火系统中氨燃烧的NOx生成主导路径为燃料型NOx（fuel NOx），并量化当量比对反应动力学的影响。
- 提出“适度富燃贫燃条件”（φ=0.8-0.9）可兼顾燃烧效率与排放控制的新观点。

1. 应用价值
   
   • 为氨燃料内燃机设计提供优化方向：预燃室富燃策略（φ=1.1）+主燃室高当量比贫燃（φ>0.8）。
     
   • 开发的CFD-化学反应机理耦合框架可用于其他低碳燃料燃烧模拟。

研究亮点
1. 方法创新：结合纹影实验与AMR加密CFD模拟，实现氨燃烧多尺度解析。
2. 发现创新：揭示NH₂自由基在NO还原中的关键作用，修正传统热力型NOx（thermal NOx）主导认知。
3. 工程指导性：明确φ=0.9为最优工况，其NOx排放满足Euro VI标准（<0.4 g/kWh）。

其他有价值内容
- 研究获得中国国家自然科学基金（52171296、51806030）和辽宁省自然科学基金（2020-BS-061）支持。
- 数据可通过通讯作者申请获取，模型代码未开源但提供参数细节。