Vor dem Hintergrund der CO2-Neutralität erfährt kohlenstofffreier Kraftstoff aus einem Ammoniak-Wasserstoff-Gemisch große Aufmerksamkeit, doch bestehen bei der Ammoniaksynthese und der Ammoniakzerlegung zur Wasserstoffherstellung auch Risiken durch Explosionen des Ammoniak-Wasserstoff-Gemischs. Die derzeitigen Studien zu detaillierten Verbrennungs- und Explosionsmechanismen des Ammoniak-Wasserstoff-Gemischs sind unzureichend, und herkömmliche detaillierte Mechanismen sind sehr komplex und zeitaufwendig in der Berechnung. Zur Untersuchung der Brenn- und Explosionscharakteristika von Ammoniak-Wasserstoff-Gemischen bei hohem Druck wurde ein Null-Dimensionales homogenes Modell (ein vereinfachtes Modell, das räumliche Verteilung nicht berücksichtigt und homogen physikalische und chemische Eigenschaften annimmt) verwendet. Der bestehende detaillierte Mechanismus für die Verbrennung und Explosion von Ammoniak-Wasserstoff wurde mit der Methode der gerichteten Beziehungskarte mit Fehlerpropagation (DRGEP) vereinfacht. Anschließend wurde durch Sensitivitätsanalyse ein vereinfachter Mechanismus mit weniger elementaren Reaktionen ermittelt. Der vereinfachte Mechanismus wurde mit einem numerischen Strömungsdynamikmodell (CFD) gekoppelt, um numerische Simulationen der Ammoniak-Wasserstoff-Verbrennung in Rohrleitungen durchzuführen. Die Ergebnisse zeigen, dass der vereinfachte Mechanismus gute Leistungen bei der Validierung der laminaren Flammengeschwindigkeit und der Zündverzugszeit erbrachte. Bei Explosionsdrücken von 59,61 atm und 69,97 atm lag der relative Fehler der durchschnittlichen Stoßwellengeschwindigkeit unter 1,4 %, was auf eine hohe Genauigkeit hinweist; zudem spart das mit dem vereinfachten Mechanismus gekoppelte CFD-Modell Rechenressourcen. Die Forschungsergebnisse tragen zur Weiterentwicklung der CFD-Simulationstechnologien für die Ammoniak-Wasserstoff-Verbrennung bei und können theoretische Leitlinien für den Verbrennungsprozess und die Explosionsprävention von kohlenstofffreiem Ammoniak-Wasserstoff-Kraftstoff liefern.

Ammoniak-Wasserstoff-Verbrennung; chemische Kinetik; Reaktionsmechanismus; vereinfachter Mechanismus; numerische Simulation; Explosion