Кинетика и механизм химических реакций окисления и горения смесей аммиак/водород

Диссертационная работа посвящена экспериментальному и численному исследованию химических процессов, происходящих при окислении и горении смесей аммиака с добавкой водорода. В работе получен широкий набор экспериментальных данных как по низкотемпературному окислению смесей аммиака с добавкой водорода, так и данные по скорости распространения и структуре пламен таких смесей. Для изучения низкотемпературного окисления использовался изотермический реактор струйного перемешивания. Скорость пламени определялась при помощи горелки Махе-Хебра и метода определения площади пламени. Структура пламен измерялась при помощи молекулярно-пучковой масс-спектрометрической установки с мягкой ионизацией электронным ударом. В данной работе структура пламен была измерена при давлениях 1, 4 и 6 атм. Также в работе было протестировано восемь детальных химико-кинетических механизмов горения и окисления аммиака, взятых из литературы. Выбрана модель, обладающая наилучшей предсказательной способностью. Установлено, что при добавке 30% водорода к аммиаку, температура начала окисления последнего снижается на 250К. Численный анализ скоростей реакций расходования аммиака показал, что причина состоит в том, что добавляемый водород является дополнительным источником радикалов, принимающих участие в процессах расходования аммиака. Данные по структуре пламен показали, что основными азотсодержащими соединениями, присутствующими в значительной концентрации в зоне конечных продуктов являются молекулярный азот и оксид азота. В работе был выполнен анализ влияния давления и соотношения топливо/окислитель как на пиковую концентрацию оксидов азота, так и на их концентрацию в зоне конечных продуктов. Показано, что переход к богатым условиям, а также повышение давления снижает как пиковую концентрацию оксида и диоксида азота, так и концентрацию оксида азота в зоне конечных продуктов. Также в работе определено оптимальное соотношение аммиака к водороду в топливной смеси, позволяющее получить приемлемые для практического применения значения скорости распространения пламен.