航发科普丨锚定零碳排放目标探索氢气微混燃烧技术

摘要：目前，温室气体排放导致的气候变化问题已经引起了全球的广泛关注。在各种碳排放来源中，航空业占比接近2.5%，被普遍认为是重要的碳排放行业。如果不采取控制措施，到2050年，全球25%的碳排放将来自航空业。减少航空发动机的碳排放量是实现碳中和目标的主要途径之一。

目前，温室气体排放导致的气候变化问题已经引起了全球的广泛关注。在各种碳排放来源中，航空业占比接近2.5%，被普遍认为是重要的碳排放行业。如果不采取控制措施，到2050年，全球25%的碳排放将来自航空业。减少航空发动机的碳排放量是实现碳中和目标的主要途径之一。

为了真正实现净零碳排放，航空发动机行业已经进行了大量的燃料电池和混合电推进装置的研究，但由于电池能量密度的限制，目前这些技术大多只适用于中短途飞机，无法实现远距离飞行。相比之下，氢涡轮风扇发动机具有较高的减排潜力和优势，在低碳发展中具有巨大的潜力。

四座氢内燃飞机原型机

氢燃料因零碳排放和燃烧热值高的特点，成为航空发动机和地面燃气轮机领域最具应用潜力的燃料，而氢气微混燃烧技术则是其实现广泛应用的关键之一，该技术的难点是解决氢气燃烧常有回火和排放高的问题，其中回火将导致火焰从燃烧室逆向传播到氢气喷射通道，严重时会导致燃烧室头部烧蚀和供氢系统烧坏等。因此突破氢燃烧技术是推动氢燃料燃气涡轮发动机发展的必经之路。

现有研究广泛将大规模火焰细化为众多细小火焰，可以显著提高氢气与空气的掺混效率，从而有效增强混合均匀性，进一步降低空气掺入燃烧产生的氮氧化物排放并防止回火。

氢气微混燃烧

在结构形式上，用阵列排布的微型混合通道代替传统的旋流混合通道，这种微型混合通道一般尺寸小于10mm，燃料可以在每个微型通道内实现均匀燃烧。

传统燃烧和氢气微混燃烧对比

未来，微混燃烧结构的设计将朝着更紧凑的方向发展，在现有微通道混合技术的基础上，进一步强化旋流效应，持续优化掺混过程。除此之外，结合分级燃烧技术也是一个可行的发展方向，通过分阶段精确控制氢气和空气的流量，调节混合区域的当量比和燃烧温度，这样的方法不仅有助于增强燃烧的稳定性，还能有效降低氮氧化物的排放。