清洁能源未来，能否顺利燃烧氢气至关重要。得益于美国国家科学基金会(NSF)ACCESS项目资助，加州大学圣地亚哥分校研究人员借助高精度模拟技术，在控制氢气火焰方面取得重大进展，有望重塑未来零碳燃气轮机设计方式。

研究团队由安东尼奥·L·桑切斯教授领衔，模拟了氮气稀释的氢气旋流喷射到高温高压空气中的场景，模拟真实燃气轮机燃烧器条件，目标是找出使“悬浮火焰”稳定可靠燃烧的流动条件。氢气燃烧清洁，但燃烧速度和强度使其不稳定，需精心控制。桑切斯解释：“我们为设计工程师提供基于物理学的路线图，展示氢气在实际涡轮机环境中的行为。火焰不稳定会损坏硬件、降低效率、造成损失。”

研究关键创新在于比较两种化学模型。完整20步详细氧化机理精确展示氢气转化为水过程，追踪所有步骤让科学家精确了解火焰行为，但模拟耗时，SDSC Expanse系统使其成为可能，被命名为“20步圣地亚哥机制”。第二个简化模型将所有反应合并为一个整体步骤，在燃气轮机内部高压条件下合理，运行速度更快，结果与完整模型几乎相同，工程师可更高效研究火焰稳定性和涡轮机性能。

科学家发现，旋流数和达姆科勒数是氢气火焰稳定关键因素，存在火焰保持稳定的“最佳点”。研究还表明内部旋流的“涡泡”对保持火焰稳定至关重要，可指导设计更安全高效的发动机。SDSC的Expanse超级计算机使研究团队能以高分辨率探索多种旋流和流动条件组合。桑切斯评论：“大规模计算资源降低工程风险，加快清洁燃料研发时间表。”

对工业界，研究提供氢气火焰行为“路线图”，加速商业化进程;对社会，加速迈向零碳发电，带来更清洁空气。桑切斯说：“氢将成为必不可少燃料，我们要确保其安全、可靠、高效燃烧。”

出版详情： 作者： Brandon W. Li 等人，标题：《旋流式燃油喷射器中_H₂-空气提升火焰 的数值研究》，发表于：《燃烧与火焰》(2025)