万博Ansys飞上天空，为未来的零碳喷气式飞机提供动力

对于大多数旅行者来说，权衡坐飞机和开车的成本通常是一个金钱和常识的问题。做出这个决定的计算取决于乘客的数量，你要走多远，以及你需要多快到达你要去的地方。对于有生态意识的旅行者来说，这也成了一种社会责任。这一切都归结为最低碳的选择:开车还是坐飞机。这就是我们进入禁飞区的地方。

毫无疑问，飞机的每名乘客的碳足迹比汽车要大，特别是如果你在国内旅行的话。¹随着电动汽车越来越频繁地出现，这一差距无疑将会扩大，人们将把注意力完全放在航空旅行改革上，以大幅减少碳排放。

为此，Ansys正在支持由万博中佛罗里达大学(UCF)领导的研究，并获得NASA大学领导计划(University Leadership Initiative)的1000万美元五年拨款，以加速航空的可持续性发展。在这个项目中，包括Ansys在内的8个不同的组织将联合起来，开发将非碳基燃料用于航空的新方法。万博这项工作是为了支持到2050年实现全球航空业接近零排放的目标。由于航空业是一个与全球供应链紧密相连的全球性产业，任何研究结果无疑都会对全球产生重大积极影响。

UCF研究人员利用Ansys向新方向展开翅膀万博

航空业是脱碳最困难的行业之一，它必须用非碳基燃料来平衡重量、体积和子系统的要求。在过去的20年里，零排放航空一直致力于使用即时生物燃料来取代化石燃料。它们是减少碳排放的一个有吸引力的短期选择，因为它们可以被纳入全球机队，而不需要飞机硬件或重大的基础设施改变。虽然此类燃料的化学和生产已经取得了重大进展，但扩大制造能力，为全球机队提供具有成本竞争力的即时喷气燃料，以完全消除排放一直是一个挑战。

任何航空新技术都必须同时解决几个问题，包括商业航空的技术要求、对安全的压倒性担忧、升级全球飞机和机场的范围和成本，以及全球供应链。尽管第一个问题是UCF对即将到来的项目的主要关注，但如果不充分关注其他三个问题，任何新技术都无法成功地过渡到市场上——从本质上讲，需要对所有四个问题进行整体优化。因此，通过对技术转型的高度关注，这项工作将解决采用的所有四个障碍。

这项新资助的研究项目的首席研究员、UCF的工程学教授杰伊·卡帕特(Jay Kapat)博士正在研究使用电力衍生(或绿色)液氨(NH)的替代、可扩展的零排放航空途径_3.)作为氢气载体，以达到这些目标。他的愿景是利用NH_3.用于多种目的，几乎消除排放和显著提高发动机效率。在这种情况下，使用超临界二氧化碳(_年代有限公司₂)在一个封闭的布雷顿循环(一个用于废气热回收(EHR)的热力学循环)中进一步降低燃料消耗。

Kapat在一份报告中表示:“我们希望为更清洁的航空创造一个可扩展的解决方案，有了Ansys的合作，我们将更快实现这一目标万博最近新闻稿．“如果没有Ansys流体模拟工具的复杂性和功能，我们将无法验证液氨作为可靠的替代燃料的使用。”万博

破解液态氨的案例

那么，具体来说，卡帕特让商业航空旅行更加可持续的愿景是什么呢?液态氨将取代航空燃料，用于压缩在机场储存的液态空气，然后液态氨将被注入飞机发动机或油箱。在巡航高度飞行时，由于该高度的温度，氨将保持液态，不像氢那样需要额外的努力来保持液态。液态氨将被蒸发，然后裂解成氢和氮，在发动机的压缩室中可以看到。

任何氨，无论是从裂化过程中遗留下来的，还是为了控制燃烧过程而故意留下的，在涡轮周围燃烧产生热量，并通过涡轮发动机的排气端，都将被热交换器捕获。然后，封装的热量将转化为电能供机载使用。另外，额外的氨也可以用于化学减少氮氧化物或大气污染物——将它们减少到几乎为零。氨的低温也可以用来冷凝水，降低水的浓度。由于该系统的所有组件目前都没有使用，因此模拟将在研究团队提出的概念的各个方面发挥重要作用。

研究人员将通过Ansys的化学动力学和计算流体动力学(CFD)模拟工具模拟这些复杂的化学反应系统，包括热交换管内液态氨的汽化、传热以及氨和氢在空气中的燃烧。万博万博Ansys Chemkin-Pro而且万博Ansys流利．使用氨作为主要的氢载体，他们希望诱导化学催化来利用氨的氢成分，同时只向空气中释放安全的排放物。

说到这里，你可能会想，为什么不用氢呢?除了氨的可持续性，它在高海拔地区是天然液体，比氢更容易处理，而且不需要额外的储存。相比之下，氢气需要在高海拔地区进行特殊处理、热管理和充足的机载低温存储。当然，电池驱动的电动飞机也是一种选择，但主要适用于小型飞机，而不是像737这样的大型商用飞机。氨的另一个非常可取的方面是，它是蓬勃发展的全球供应链的一部分，这使它成为一种丰富的、经济上资源丰富的替代品。

飞行通过湍流模拟

根据Kapat的说法，有大量关于这个主题的出版物，以及一项拨款数十亿美元的基础设施法案²用于氢和碳捕获更新。所有这些都是好消息，但他谨慎地强调，这对他的团队来说是一条非常艰难、艰巨的道路，要通过分析、模拟和测试来解决每一步的挑战。定义解决方案的所有组件都非常重要，需要适当的模拟工具来获得验证其努力并最终实现成功所需的实际结果。

如今，模拟技术在像卡帕特博士这样的关键研究领域的应用，为可持续发展的大想法提供了动力万博Ansys研究产品和资源万博网特别是针对研究人员。

参考文献

1. 哪种交通方式的碳足迹最小?，我们的数据世界，2020年10月13日。
2. 为什么气候法案中的碳捕获补贴对排放来说是好消息，《麻省理工科技评论》，2022年8月25日。