《液體燃料燃燒》PPT課件.ppt

第五章 液體燃料燃燒,第一節(jié) 液體燃料的特性 第二節(jié) 液體燃料的霧化 第三節(jié) 液滴的蒸發(fā) 第四節(jié) 液 滴 燃 燒,第一節(jié) 液體燃料的特性,一、油類燃料特性 二、其他液體燃料,一、油類燃料特性,1.石油的元素組成 2.石油中的碳氫化合物和膠狀瀝青物質(zhì) 3.石油的煉制 4.燃油的主要特性,1.石油的元素組成,組成石油的元素主要是碳、氫、氧、氮、硫五種，其中主要的是碳和氫兩種元素，碳的含量(質(zhì)量分數(shù)，下同)占8487，氫的含量占1114。除了上述五種主要元素外，在石油中還發(fā)現(xiàn)有極微量的金屬元素和其他非金屬元素。金屬元素有釩、鎳、鐵、鋁、鈣、鈉、鎂、鈷、銅等，非金屬元素中主要有氯、硅、磷、硒、砷等。,2.石油中的碳氫化合物和膠狀瀝青物質(zhì),(1)碳氫化合物 組成石油的化合物主要是碳氫化合物，在化學上稱為烴。 (2)膠狀瀝青物質(zhì) 石油中除了烴類物質(zhì)以外，還有非烴化合物，其中含量最大的一類就是膠狀瀝青物質(zhì)，高的可達4050，一般為百分之幾。,3.石油的煉制,圖5-1 直餾流程圖,3.石油的煉制,表5-1 石油的餾分組成,3.石油的煉制,圖5-2 減壓蒸餾流程圖,4.燃油的主要特性,(1)凝固點 液體燃料存在的狀態(tài)可以為固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)，因而有相應(yīng)的凝固點和沸點，燃油由各種烴類的復雜混合物組成。 (2)沸點 基于同樣的原因，燃料油也沒有一個恒定的沸點，而只有一個溫度范圍，它的沸騰從某一溫度開始，隨著溫度升高而連續(xù)變化。 (3)相對密度 溫度為t()時油的密度和4時純水的密度之比稱為該油的相對密度，過去曾稱比重，用符號4表示。,4.燃油的主要特性,(4)發(fā)熱量 由于油的碳氫含量遠較煤多，因此油的發(fā)熱量也遠較煤高，通常低位發(fā)熱量Qnet,ar為38.544MJkg。 (5)比熱容 (6)粘度 當兩個面積分別為1cm2、相距1cm的兩層油面，以1cms的相對速度運動時，液面間產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力稱為動力粘度，當內(nèi)摩擦力等于1105N時，動力粘度為。 (7)熱導率 油的熱導率隨溫度升高而降低。,4.燃油的主要特性,(8)表面張力 各類燃料油的表面張力相差不大，并隨溫度的提高而降低，其典型數(shù)據(jù)見表5-2。 (9)閃點 設(shè)容器內(nèi)裝有溫度為t的液體燃料，在這溫度下，燃料以低的蒸發(fā)速度蒸發(fā)并與空氣混合，當與明火接觸時，就發(fā)生短暫的閃光(一閃即滅)，這時的油溫稱為閃點。 (10)燃點 當燃料氣體一旦被點火火焰點著，火焰就能連續(xù)不斷維持下去的溫度稱為液體燃料的著火點或燃點(通常連續(xù)燃燒的時間不小于5s)。,二、其他液體燃料,1.水煤漿 2.其他合成液體燃料,1.水煤漿,表5-4 水煤漿的種類,2.其他合成液體燃料,第二節(jié) 液體燃料的霧化,一、霧化過程及機理 二、噴嘴 三、液體燃料霧化性能,一、霧化過程及機理,圖5-3 液滴的分裂過程,一、霧化過程及機理,圖5-4 靜止氣氛中，霧化破碎狀況和非 預混圓管射流液體破碎長度,二、噴嘴,1.壓力式霧化噴嘴 2.旋轉(zhuǎn)式霧化噴嘴 3.氣動式霧化噴嘴,二、噴嘴,圖5-5 霧化方法示意圖 a)壓力式 b)旋轉(zhuǎn)式 c)氣動式,1.壓力式霧化噴嘴,表5-5 壓力式霧化噴嘴使用壓力范圍,2.旋轉(zhuǎn)式霧化噴嘴,圖5-6 中間回油式機械噴嘴 1二次風嘴 2一次風嘴 3轉(zhuǎn)杯 4風機 5轉(zhuǎn)軸 6進油管 7進油體 8電動機,3.氣動式霧化噴嘴,圖5-7 低壓空氣霧化噴嘴 a)直流式 b)旋流式,3.氣動式霧化噴嘴,圖5-8 高壓氣動式霧化噴嘴 a)直流式 b)旋流式,三、液體燃料霧化性能,1.霧化角 2.霧化液滴細度 3.霧化均勻度 4.噴霧射程 5.流量密度分布,1.霧化角,圖5-9 霧化角示意圖,2.霧化液滴細度,(1)索太爾平均直徑(SMD) (2)質(zhì)量中間直徑(MMD),3.霧化均勻度,霧化均勻度較差，則大液滴數(shù)目較多，這對燃燒是不利的。但是，過分均勻也是不相宜的，因為這會使大部分液滴直徑集中在某一區(qū)域，使燃燒穩(wěn)定性和可調(diào)節(jié)性變差。最有利的霧化分布應(yīng)根據(jù)燃燒設(shè)備類型、構(gòu)造和氣流情況等具體條件而定。,4.噴霧射程,噴霧射程指水平方向噴射時，噴霧液滴喪失動能時所能到達的平面與噴口之間的距離。霧化角大和霧化很細的噴霧炬，射程比較短；密集的噴霧炬，由于吸入的空氣量較少，射程比較遠。一般射程長的噴霧炬所形成的火焰長度也長。,5.流量密度分布,圖5-11 燃料分布特性 a)、b)離心式機械霧化噴嘴 c)直流式機械霧化噴嘴,第三節(jié) 液滴的蒸發(fā),一、液滴蒸發(fā)時的斯蒂芬流 二、相對靜止環(huán)境中液滴的蒸發(fā) 三、強迫氣流中液滴的蒸發(fā) 四、液滴群的蒸發(fā),一、液滴蒸發(fā)時的斯蒂芬流,圖5-12 液體周圍成分分布 空氣中空氣質(zhì)量分數(shù) 空氣中燃料蒸氣的質(zhì)量分數(shù) 液滴表面的燃料蒸氣質(zhì)量分數(shù) 液滴表面的空氣質(zhì)量分數(shù),二、相對靜止環(huán)境中液滴的蒸發(fā),圖5-13 高溫下液滴蒸發(fā)的能量平衡圖,二、相對靜止環(huán)境中液滴的蒸發(fā),二、相對靜止環(huán)境中液滴的蒸發(fā),表5-6 不同燃料的B值,二、相對靜止環(huán)境中液滴的蒸發(fā),圖5-14 氣流流速對液滴邊界層的影響,三、強迫氣流中液滴的蒸發(fā),四、液滴群的蒸發(fā),0515.TIF,第四節(jié) 液 滴 燃 燒,(1)預蒸發(fā)型氣體燃燒 這種燃燒情況相當于霧化液滴很細，周圍介質(zhì)溫度高或霧化噴嘴與火焰穩(wěn)定區(qū)間距離長，使液滴進入火焰區(qū)前已全部蒸發(fā)完，燃燒完全在無蒸發(fā)的氣相區(qū)中進行，這種燃燒情況與氣體燃料的燃燒機理相同，液滴蒸發(fā)對火焰長度的影響不大。,第四節(jié) 液 滴 燃 燒,(2)滴群擴散燃燒 這是另一個極端情況，即周圍介質(zhì)溫度低或霧化顆粒較粗(或蒸發(fā)性能差)，在燃燒區(qū)的每個液滴周圍有薄層火焰包圍，在火焰面內(nèi)是燃料蒸氣和燃燒反應(yīng)產(chǎn)物，火焰面外是空氣和燃燒反應(yīng)產(chǎn)物，每個液滴的燃料蒸氣各自供給其周圍的火焰，并和氧氣相互擴散混合進行燃燒反應(yīng)，隨著液滴向火焰區(qū)的移動，未燃液滴在一定位置著火、燃燒，代替已燃液滴的位置。 (3)復合燃燒 這是介于預蒸發(fā)型氣體燃燒和滴群擴散燃燒之間的一種情況。,第四節(jié) 液 滴 燃 燒,(4)部分預蒸發(fā)型氣體燃燒加液滴蒸發(fā) 這時一部分小液滴已蒸發(fā)完畢，而有一部分液滴進入火焰區(qū)時，其直徑已縮得過小或間距過密而著不了火，只能蒸發(fā)，這時沒有滴群的擴散火焰，只有滴間空間中部分預混的氣體火焰。,第四節(jié) 液 滴 燃 燒,一、靜止液滴的燃燒 二、強迫氣流中液滴的燃燒 三、液滴群的燃燒 四、合理配風,一、靜止液滴的燃燒,1)加熱階段。 2)燃料蒸發(fā)階段。 3)燃燒階段。,一、靜止液滴的燃燒,一、靜止液滴的燃燒,一、靜止液滴的燃燒,圖5-16 計算機模擬正庚烷粒子受熱 升溫、蒸發(fā)、燃燒三階段的特性參數(shù) 液滴溫度=330K，d=100m, 空氣溫度T=1100K，壓力p=0.7MPa,二、強迫氣流中液滴的燃燒,1)d2對關(guān)系曲線的斜率值在燃燒的初始階段不斷變化，然后達到等于準穩(wěn)態(tài)理論結(jié)果的常數(shù)值。 2)燃燒過程中，液滴表面溫度值、火焰與液滴直徑的比值以及火焰溫度值都是變化的。 3)在液滴中心溫度升高到液滴表面溫度以前，必須經(jīng)過一段時間。 4)著火過程是從化學動力因素控制轉(zhuǎn)變到擴散控制燃燒的過程，滅火則剛好相反。,二、強迫氣流中液滴的燃燒,圖5-17 熱空氣中甲醇液滴的著火過程 a)著火過程中CO質(zhì)量分數(shù)輪廓線 b)非預混火焰形成后的輪廓線,二、強迫氣流中液滴的燃燒,圖5-18 單個液滴的燃燒 a)沒有相對運動的情況 b)有相對運動的情況,二、強迫氣流中液滴的燃燒,圖5-19 液滴燃燒模型示意圖,二、強迫氣流中液滴的燃燒,二、強迫氣流中液滴的燃燒,表5-7 強迫對流情況下燃燒速率的各種關(guān)系式,二、強迫氣流中液滴的燃燒,表5-8 周圍氣體的速度對燃燒常數(shù)的影響,三、液滴群的燃燒, 火焰部分地合并。 火焰完全合并，其余均為單獨分開的火焰。,三、液滴群的燃燒,表5-9 液滴群燃燒時燃燒速率常數(shù),四、合理配風,1.噴霧燃燒的配風原理 2.合理配風的基本方式,1.噴霧燃燒的配風原理