研究分享|预燃室湍流射流点火诱导液氨喷雾火焰（TJI-LASF）的新型燃烧模式
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目前氨燃料发动机，由于活性较低、难以压燃，存在着火及燃烧稳定性差的问题，一般采取高活性燃料（如柴油）微引燃的方式来实现高效清洁燃烧。然而，这样的方式存在着复杂的多燃料喷油系统、高压缩比实现柴油自燃、点火时刻难以控制等问题。通过预燃室湍流射流火焰可以实现可控点火及活化热氛围，在理论上可以实现零碳燃料高压喷射扩散燃烧，解决上述问题同时实现发动机单一燃料（图1）。
图1 预燃室湍流射流引燃氢/液氨燃料高压喷射扩散燃烧新模式
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团队在国际上首次开展了预燃室湍流射流诱导氢燃料和氨燃料的高压直喷扩散燃烧新模式的可视化基础研究，揭示了活化热氛围下的着火及扩散燃烧机理。基于高压喷射和湍流射流点火系统，创新提出预燃室湍流射流点火诱导液氨喷雾火焰（TJI-LASF）的新型燃烧模式 [Phys. Fluids 36, 126107 (2024)]，实现了稳定液氨喷雾着火及扩散燃烧模式。研究发现在 TJI 诱导氨喷雾扩散燃烧过程中，存在三个燃烧阶段：预燃室燃烧、部分预混燃烧和混合控制燃烧（图2）。发现了着火-熄火-再点火现象，其可归因于闪蒸冷却效应和热燃烧产物的再卷吸的相互作用。同时，揭示了预燃室内混合气浓度对喷雾燃烧着火的影响机理，发现预燃室内采用高当量比混合气在火焰膨胀挤压作用下喷口处形成高活性可燃混合气，在热射流前端形成再燃火焰提高了点火能量，从而扩展了着火极限。相关研究结果增强了对预燃室射流诱导氨喷雾扩散燃烧的理解，为湍流射流点火诱导扩散燃烧发动机的设计提出了理论指导，为氨燃料发动机燃烧技术开辟新方向。
图2 预燃室湍流射流诱导高压直喷液氨喷雾扩散燃烧
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参考文献：
Lijia Zhong, Wanhui Zhao, Haiqiao Wei, Gequn Shu, Lei Zhou; A novel concept of pre-chamber turbulent jet ignition-induced liquid ammonia spray flame. Physics of Fluids 1 December 2024; 36 (12): 126107
Lijia Zhong, Wanhui Zhao, Haiqiao Wei, Gequn Shu, Lei Zhou; Experimental observation of pre-chamber ignited mixing-controlled hydrogen jet flame with high-pressure injection. Physics of Fluids 2025
选自微信公众号 能源动力零碳之路