Исследование кинетики и механизма химических реакций окисления и горения топливных смесей аммиак/водород и муравьиная кислота/водород

Изучено влияние добавки водорода на процессы окисления муравьиной кислоты (HCOOH) и аммиака (NH3). Методом баланса потока тепла на поверхности горелки была измерена ламинарная скорость распространения пламени предварительно перемешанных смесей HCOOH/O2/N2 и HCOOH/H2/O2/N2 (HCOOH/H2=4/1) при атмосферном давлении. Установлено, что добавка водорода увеличивает скорость горения HCOOH примерно в 1.5 раза, при этом данный эффект оказывается наиболее выраженным в случае богатых (с избытком топлива) горючих смесей. Также проведено исследование окисления смесей HCOOH/O2/Ar и HCOOH/H2/O2/Ar в реакторе струйного перемешивания в диапазоне температур 700-1250K при атмосферном давлении. Согласно экспериментальным данным, добавка водорода не приводит к значительному сдвигу температуры начала и конца окисления муравьиной кислоты. Моделирование при помощи механизмов, взятых из литературы, показало, что на данный момент не существует механизма, способного корректно описать экспериментальные данные по окислению муравьиной кислоты в реакторе струйного перемешивания, а также данные по скорости распространения. Эксперименты в реакторе струйного перемешивания для смесей NH3/O2/Ar и NH3/H2/O2/Ar показали, что в отличие от муравьиной кислоты, добавка водорода к аммиаку приводит к понижению температуры начала окисления аммиака на ~250К. Также методом зондовой молекулярно-пучковой масс-спектрометрии изучена химическая структура пламен смесей NH3/O2/Ar и NH3/H2/O2/Ar с различным соотношением топливо/окислитель. Кроме того, с помощью горелки Махе-Хебра была измерена скорость ламинарная распространения пламен предварительно перемешанных смесей NH3/H2/O2/N2 в диапазоне коэффициентов избытка горючего 0.7–1.5 при атмосферном давлении. Сравнение экспериментальных и численных данных позволило выбрать модель, способную адекватно описать экспериментальные данные по окислению и горению смесей аммиака с добавкой водорода. На основе данных по структуре пламени NH3/H2/O2/Ar был сделан вывод о том, что основными азотсодержащими соединениями, присутствующими в конечной зоне, являются NO и N2. Переход от бедных и стехиометрических смесей NH3/H2/O2/Ar к слегка богатым приводит к уменьшению концентрации NO в конечных продуктах горения.