氨气因不含碳、易液化储运等优势，被认为是未来零碳能源体系的重要载体，也是推动燃气轮机低碳转型的重要方向之一。然而，氨燃烧过程本身存在火焰传播速度低、燃烧稳定性差以及氮氧化物（NOx）生成路径复杂等难题。尤其是在燃气轮机广泛采用的分级燃烧条件下，不同区域会经历截然不同的燃烧与反应过程，使燃烧行为的准确预测面临巨大挑战。当前，高精度数值模拟虽然能够较准确地描述氨燃烧过程，但计算成本极高，难以满足工程设计快速迭代需求；而现有快速模型（以火焰面类模型为代表）在复杂分级燃烧条件下又容易出现明显误判，例如错误预测燃料重新生成、污染物排放捕捉不准确等关键现象。因此，如何实现计算效率与预测精度的兼顾，成为氨燃气轮机工程设计中的核心难题。

针对这一问题，本研究提出了一种动态自适应火焰面生成流型模型（Dynamic Adaptive Flamelet-Generated Manifold，DA-FGM）。与传统方法采用单一化学反应表格描述整个燃烧过程不同，该方法能够依据燃烧阶段动态切换不同的化学反应映射关系：前段燃烧采用主反应模型，而在后续二次进气区域自动切换至专门构建的二次氧化模型，并通过平滑过渡机制实现连续计算，从而避免模型偏离真实反应路径。

图1 双流型表格生成与动态自适应查表原理

研究发现，传统模型在二次燃烧阶段会错误预测氨再次生成现象，进而导致污染物排放结果出现显著偏差；而新模型能够准确追踪真实反应演化过程，显著提升对氨浓度以及氮氧化物排放的预测能力。进一步结合大涡模拟与实验数据进行验证，新模型成功再现实验排放规律，并有效消除了传统模型对N₂O及未燃氨排放的误判。除精度提升外，该方法最大的优势在于计算效率。相比于准DNS的高精度方案，DA-FGM将计算成本降低至约1/27，同时仍保持高保真的预测能力，实现了工程计算速度与科学预测精度的统一。

进一步地，研究还将该方法拓展至更接近真实燃气轮机工况的复杂进气条件，使其能够适应多股气流耦合、多尺度混合以及非均匀燃烧等复杂场景。该研究为未来低排放氨燃气轮机设计提供通用、高效的数值模拟工具，有望加速零碳燃烧技术在先进动力装备中的应用与发展。

图2 DA-FGM方法在不同场景下的验证结果

图文：张猛