燃?xì)馊紵椒?mdash;—擴(kuò)散式燃燒

1、燃?xì)馊紵椒惺饺紵?燃?xì)馊紵龝r(shí)，一次空氣過剩系數(shù)=0，燃燒所需的氧全部依靠集中作用從四周大氣中獲得，這種燃燒方法稱為集中式燃燒。 燃燒火焰，通常指有比較規(guī)章外形的、正在進(jìn)行燃燒反應(yīng)的高溫混合物所圍成的一個(gè)區(qū)域，其中包含正在燃燒的物質(zhì)和燃燒剛生成的物質(zhì)?？梢园床煌奶卣鲗?duì)火焰進(jìn)行分類。集中式燃燒所產(chǎn)生的火焰為集中火焰。按燃?xì)馀c空氣供入的方式，集中火焰可分為；(1)自由射流集中火焰 產(chǎn)生于燃?xì)鈴膰娙计飨蛱臻g的靜止空氣中噴出后形成的燃?xì)馍淞髦?，如圖351(a)所示。(2)同軸流集中火焰 產(chǎn)生于燃?xì)鈴膰姽芤耘c空氣流同一軸線噴出的燃?xì)?、空氣平行氣流中，如圖351(b)所示。這時(shí)燃?xì)馍淞魇菄娤蛴邢蘅?/p>

2、間的燃燒室，亦稱為受限射流集中火焰。(3)逆向噴流集中火焰 產(chǎn)生于與空氣氣流逆向噴出的燃?xì)馍淞髦校鐖D351(c)所示。 圖3-5-1 集中火焰的形式依據(jù)射流流淌的狀況，集中火焰又可分為層流集中火焰和紊流集中火焰。一、層流集中火焰當(dāng)燃?xì)庖詫恿髁魈蕠娙腱o止的空氣中而且被點(diǎn)燃時(shí)，空氣(或氧)依靠分子集中，被卷吸入燃燒區(qū)；或者當(dāng)燃?xì)夂涂諝夥謩e以層梳流淌同向平行噴入燃燒室并點(diǎn)燃時(shí)，便得到層流集中火焰，它為一圓錐焰面，如圖352所示。在層流狀態(tài)下，氣流混合僅以分子集中方式進(jìn)行。如圖，射流以外的空氣通過外邊界線向著燃?xì)馍淞骷?，燃?xì)鈴纳淞骱诵膮^(qū)向著空氣集中。在某一錐面上，燃?xì)夂涂諝?或氧氣)混合的濃度達(dá)到

3、化學(xué)當(dāng)量比，即=1處，便形成穩(wěn)定的燃燒區(qū)，即火焰焰面。該圖還示出了aa截面上燃?xì)?、氧氣和燃燒產(chǎn)物的濃度分布。燃?xì)鈴幕鹧嬷行?射流核心區(qū))的初始濃度cg，朝著焰面方向漸漸降低，直到cg=0；氧氣濃度從靜止空氣的21左右，也朝著焰面方向漸漸降至cco2=0；在焰面上生成的燃燒產(chǎn)物的濃度ccp最大，它同時(shí)向兩個(gè)相反的方向集中，濃度逐步降低，直至ccp=0這樣，層流集中火焰焰面便明顯地分為四個(gè)區(qū)域：純?nèi)細(xì)鈪^(qū)為相當(dāng)于=0的射流核心區(qū)；內(nèi)側(cè)混合區(qū)為焰面以內(nèi)的射流混合區(qū)，其間為燃燒產(chǎn)物與燃?xì)獾幕旌衔?；外?cè)混合區(qū)為焰面以外的射流混合區(qū)，其間為燃燒產(chǎn)物與空氣的混合物；純空氣區(qū)為燃?xì)馍淞魍膺吔缇€以外，=的區(qū)域。集

4、中火焰的外形為圓錐形。這是由于沿火焰軸線方向流淌的燃?xì)庖┻^一個(gè)較厚的內(nèi)側(cè)混合區(qū)才能遇到氧氣，這就需要一段時(shí)間，而在這段時(shí)間內(nèi)燃?xì)鈱⒘鬟^確定的距離，使焰面拉長(zhǎng)；同時(shí)，燃?xì)庠谙蚯傲魈蔬^程中被不斷燃燒而消耗，純?nèi)細(xì)獾捏w積越來(lái)越小，燃燒區(qū)就漸漸向氣流中心靠攏，最終在中心線上全部燃盡，所以火焰末端匯合，而整個(gè)焰面成圓錐形。錐頂與噴口之間的距離稱為火焰長(zhǎng)度，或火焰高度?？梢岳孟嘞耜P(guān)系，直觀定性地爭(zhēng)辯層流集中火焰理論。如圖353，兩個(gè)相像的集中燃燒裝置，管1和管2，都從同心內(nèi)管a和環(huán)管b中分別通入燃?xì)夂涂諝?，而且兩種氣體的流速相等。圖中還繪出了燃?xì)庠诠艿罃嗝嫔系臐舛确植?。在燃?xì)馍淞鞯某跏冀孛嫔?，其濃度?/p>

5、均勻分布，濃度場(chǎng)呈矩形。由于不斷燃燒，在距離l1和l2處，濃度分布呈圖示曲線狀，即沿著同心圓管軸線燃?xì)獾臐舛茸畲螅谄鋬蓚?cè)濃度則向著管壁漸漸降低。 圖3-5-2 層流集中火焰的結(jié)構(gòu) 圖3-5-3 層流集中火焰的相像 上一頁(yè)1 2下一頁(yè) 若假設(shè)l1和l2為火焰長(zhǎng)度，該處的燃燒必在射流軸線上進(jìn)行，燃?xì)馀c空氣的混合比符合化學(xué)當(dāng)量比。 燃?xì)夂涂諝庵g的集中率，即單位時(shí)間從空氣中集中到燃?xì)庵腥サ难趿?，?yīng)與濃度梯度成正比； 式中 d層流分子集中系數(shù)；f垂直于集中方向的兩股氣流的接觸面積，它正比于ld；dcdr徑向濃度梯度，正比于1d，即在給定的燃?xì)夂涂諝獾某跏紳舛认拢睆皆叫?，濃度變化越猛烈。這樣，對(duì)于

6、上述兩種相像狀況，集中率之比 此外，集中到可燃?xì)庵械难跏谷細(xì)馊紵?，若在l1，l2距離內(nèi)正好燃燒完畢，則在這段距離內(nèi)的集中率應(yīng)當(dāng)和燃?xì)獾牧髁肯噙m應(yīng)，即兩者應(yīng)成正比，即 由此可見，層流集中火焰的長(zhǎng)度與燃?xì)鈬娮熘睆狡椒胶腿細(xì)獾牧魉俪烧龋c燃?xì)獾姆肿蛹邢禂?shù)成反比。對(duì)同一種燃?xì)夂屯蝗細(xì)鈬娮於?，燃?xì)馑俣仍酱螅鹧婢驮介L(zhǎng)。由于vd2反映了燃?xì)獾捏w積流量，故當(dāng)燃?xì)饬髁坎蛔儠r(shí)，火焰長(zhǎng)度與燃?xì)饬魉俸蛧娮炜趶綗o(wú)關(guān)，而與燃?xì)獾姆肿蛹邢禂?shù)成反比，集中系數(shù)越小，分子集中越緩慢，則火焰越長(zhǎng)。煉焦?fàn)t立火道內(nèi)加熱煤氣的燃燒，屬于強(qiáng)制條件下的同軸流層流集中燃燒，其火焰高度也符合式(51)，從燃燒方法動(dòng)身，改善焦餅高向加

7、熱均勻性的主要措施為：廢氣循環(huán)、焦?fàn)t煤氣貧化、轉(zhuǎn)變煤氣和空氣出口的中心距以及氣流夾角、選取恰當(dāng)?shù)目諝膺^剩系數(shù)等。二、紊流集中火焰在工業(yè)上，廣泛接受的集中燃燒是紊流集中燃燒。圖354表示出集中火焰由層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鞯倪M(jìn)展過程。如圖，層流集中火焰的焰面邊緣光滑、輪廓清楚、外形穩(wěn)定，隨著燃?xì)饬魉俚脑黾?，火焰高度幾乎呈線性增高，始終達(dá)到最大值。此后，流速增加使火焰頂端開頭變得不穩(wěn)定，并開頭抖動(dòng)。隨著流速進(jìn)一步提高，這種不穩(wěn)定現(xiàn)象將逐步進(jìn)展為帶有噪音的紊流刷狀火焰，它從火焰頂端的某一確定點(diǎn)開頭發(fā)生層流裂開，并轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪魃淞鳌Ｓ捎谖闪骷?，燃燒加快，快速地使火焰的高度縮短，同時(shí)使由層流火焰裂開轉(zhuǎn)為紊流刷焰的

8、那個(gè)裂開點(diǎn)向噴燃器方向移動(dòng)。當(dāng)射流速度達(dá)到使裂開點(diǎn)格外靠近噴口，即達(dá)到充分進(jìn)展的紊流火焰條件后，速度若進(jìn)一步提高，火焰的高度以及裂開點(diǎn)高度都不再轉(zhuǎn)變而保持一個(gè)定值，但火焰的噪音卻會(huì)連續(xù)增大，火焰的亮度也會(huì)連續(xù)減弱。最終在某一速度下(該速度取決于可燃?xì)獾姆N類和噴燃器尺寸)，火焰會(huì)吹離噴管。集中火焰由層流狀態(tài)過渡為紊流狀態(tài)，一般發(fā)生在re數(shù)為200010000的臨界值范圍內(nèi)。 圖3-5-4 火焰的外形及高度隨射流速度增加的連續(xù)變化在紊流集中火焰中，無(wú)法區(qū)分焰面和其它部分，在整個(gè)火焰內(nèi)都進(jìn)行著燃?xì)夂涂諝獾幕旌稀㈩A(yù)熱和化學(xué)反應(yīng)。這種火焰的外形和長(zhǎng)度完全取決于燃?xì)馀c空氣流向的交角和流淌特性。例如，空氣沿

9、軸向進(jìn)入爐膛時(shí)，形成一股瘦長(zhǎng)的圓錐形火炬；當(dāng)空氣流猛烈旋轉(zhuǎn)時(shí)，混合加強(qiáng)，形成一股短而寬的火矩。在工程上可以接受各種方法來(lái)調(diào)整和強(qiáng)化紊流集中燃燒過程。如前所述，紊流集中火焰的長(zhǎng)度較層流集中火焰為短，其長(zhǎng)度l亦可按式(351)確定，不過此時(shí)集中系數(shù)d要接受紊流集中系數(shù)dt。由于dtl其中，紊流強(qiáng)度平均流速v，紊流尺度l管子直徑d，所以有l(wèi)d，就是說(shuō)，紊流火焰長(zhǎng)度i與噴燃器的直徑d成正比，而與流速無(wú)關(guān)。這一結(jié)論已為試驗(yàn)所證明。按氣流混合規(guī)律，在燃?xì)馕闪髯杂缮淞髦校S線上的燃?xì)鉂舛萩g與射流出口處的原始濃度c1之比為 式中 s距出口的軸向距離；a紊流結(jié)構(gòu)系數(shù)，可取007-008；r射流噴口半徑。射流中

10、各點(diǎn)的燃?xì)鉂舛扰c空氣濃度之和各處應(yīng)是一樣的，它等于出口處的濃度和c1+o=c1。因此，燃?xì)鉂舛群涂諝鉂舛戎葹?。在火焰鋒面上，這個(gè)濃度比應(yīng)近似地等于化學(xué)計(jì)量濃度比1：n，故： 三、集中火焰的穩(wěn)定使燃?xì)庵鸩⑹蛊湓跉饬髦羞M(jìn)行傳播，當(dāng)然是爭(zhēng)辯燃燒過程的一個(gè)很重要的課題，但是如何使火焰在氣流中維持穩(wěn)定的傳播，對(duì)燃燒過程的爭(zhēng)辯尤為重要。這不僅具有理論意義，而且還具有實(shí)際意義。設(shè)想一個(gè)燃燒裝置，燃?xì)庵鹨院?，不具有穩(wěn)定的燃燒過程，燃燒火焰時(shí)續(xù)、時(shí)熄，明顯這種燃燒裝置是沒有任何有用價(jià)值的。所謂火焰的穩(wěn)定性，就是指在規(guī)定的燃燒條件下，火焰這個(gè)高溫混合物區(qū)域能保持確定的位置和體積，既不回火，也不脫火，能夠穩(wěn)定燃燒的一種性能。導(dǎo)致回火或脫火的根本緣由，是火焰?zhèn)鞑ニ俣扰c可燃混合氣流噴出速度之間的平衡遭到破壞，如第四章第一節(jié)所爭(zhēng)辯。對(duì)于集中火焰，燃?xì)夂涂諝馐欠謩e送入燃燒室的，不會(huì)消逝回火，但燃?xì)饣蚩諝獾膰姵鏊俣冗^大或噴口直徑過小，都可能產(chǎn)生脫火或熄滅。為了提高火焰的穩(wěn)定性，電必需有穩(wěn)定火焰的措