燃燒總復(fù)習(xí)-2013

1、1期末考試 考核的方式：筆試80%+平時成績（作業(yè)）10%+實驗報告10%2主要題型與分?jǐn)?shù)分布 選擇題210=20分。主要考核燃燒學(xué)的基本概念和知識，以及運用知識進行簡單分析的能力。 煤粉鍋爐的上部使用一股二次風(fēng)幫助燃盡的時候，應(yīng)該使用具有（）特征的二次風(fēng)。 a.風(fēng)溫較高，流速較高b.風(fēng)溫較低，流速較高 c.風(fēng)溫較低，流速較高d.風(fēng)溫較低，流速較低3主要題型與分?jǐn)?shù)分布 填空題210=20分。主要考核基本常識和概念，帶有名詞解釋的性質(zhì)。 顆粒的終端沉降速度是（ ）。 碳球燃燒速度與溫度的關(guān)系可以描述為以下四個階段 （ ） 、 （ ） 、（ ） 和（ ）。4主要題型與分?jǐn)?shù)分布 簡答題54=20分。

2、簡單的分析和計算，基本上是一個原因，一個結(jié)果的討論。 家用煤爐在點火時，應(yīng)該升高溫度，而不必大力扇風(fēng)；而煤爐正常燃燒時，則需要大力扇風(fēng)，提高火力。試用異相化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)的原理進行解釋。5主要題型與分?jǐn)?shù)分布 推導(dǎo)與計算題102=20分。燃燒學(xué)知識中很常用、重要的推導(dǎo)與計算。 請推導(dǎo)球體在靜止大空間中傳質(zhì)Nuzl=2的定律。 如圖所示的兩股平行射流中，已知T1=60，T2=20，實測xy點的溫度Txy=50，氣流中可燃物濃度為C1=3mol/m3，C2=2mol/m3, 求空間中xy點的可燃物濃度Cxy的值（假定不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)）。6主要題型與分?jǐn)?shù)分布 論述題102=20分。結(jié)合燃燒學(xué)的理論、圖線、

3、數(shù)學(xué)公式等，對某個燃燒現(xiàn)象進行解釋、分析（多因素綜合分析）?；蛘邔δ硞€工程問題進行分析處理。 （1）脫火與回火產(chǎn)生的原因是什么？ （2）以下燃燒器噴嘴發(fā)生了脫火現(xiàn)象，請討論：如何改進噴嘴結(jié)構(gòu)或者參數(shù)從而保持火焰穩(wěn)定？燃?xì)饬魉偃細(xì)饬魉?0m/s空氣流速空氣流速50m/s空氣流速空氣流速50m/s燃燒室燃燒室燃燒室壁面燃燒室壁面第一章第一章 化學(xué)動力學(xué)和化學(xué)平衡化學(xué)動力學(xué)和化學(xué)平衡 學(xué)習(xí)目的學(xué)習(xí)目的 確定化學(xué)反應(yīng)的確定化學(xué)反應(yīng)的速度速度以及各種以及各種因素因素對反應(yīng)速度對反應(yīng)速度 的的影響影響 研究化學(xué)反應(yīng)的研究化學(xué)反應(yīng)的機理機理從反應(yīng)物到生成物的從反應(yīng)物到生成物的 所所經(jīng)歷路徑經(jīng)歷路徑 化學(xué)反應(yīng)

4、速度化學(xué)反應(yīng)速度 用單位時間單位體積內(nèi)用單位時間單位體積內(nèi)消耗的燃料量消耗的燃料量或者或者氧量氧量來表示來表示單位時間內(nèi)由于化學(xué)反應(yīng)而使單位時間內(nèi)由于化學(xué)反應(yīng)而使反應(yīng)物反應(yīng)物（燃料產(chǎn)物）（燃料產(chǎn)物）濃度改變濃度改變的速度的速度Def：單位時間內(nèi)單位表面積上單位時間內(nèi)單位表面積上參加反應(yīng)物質(zhì)的數(shù)量參加反應(yīng)物質(zhì)的數(shù)量For：多相反應(yīng)多相反應(yīng)Unit：)/(13ms)/(3msmol)/(3mskg鍋爐特定設(shè)鍋爐特定設(shè)備備VQBqdwv容積熱負(fù)荷容積熱負(fù)荷燃料消耗量燃料消耗量化學(xué)反應(yīng)速度化學(xué)反應(yīng)速度每種反應(yīng)物濃度的方次每種反應(yīng)物濃度的方次=化學(xué)反應(yīng)方程式中的化學(xué)計量系數(shù)化學(xué)反應(yīng)方程式中的化學(xué)計量系數(shù)

5、k：化學(xué)反應(yīng)速度常數(shù)，也稱比速度：化學(xué)反應(yīng)速度常數(shù)，也稱比速度反映了進行燃燒化學(xué)反應(yīng)難易的反映了進行燃燒化學(xué)反應(yīng)難易的性質(zhì)（活性，反應(yīng)能力）性質(zhì)（活性，反應(yīng)能力）1表述表述當(dāng)溫度不變時，某化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速度當(dāng)溫度不變時，某化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速度與該瞬間各反應(yīng)物濃度的乘積成正比例與該瞬間各反應(yīng)物濃度的乘積成正比例質(zhì)量作用定律質(zhì)量作用定律反應(yīng)物濃度反應(yīng)物濃度與與反應(yīng)速度反應(yīng)速度的關(guān)系的關(guān)系BAkwmFor：簡單（基元）反應(yīng)簡單（基元）反應(yīng)反應(yīng)物濃度均為單反應(yīng)物濃度均為單位位1時的反應(yīng)速度時的反應(yīng)速度僅與反應(yīng)物的種類和溫度有關(guān)，僅與反應(yīng)物的種類和溫度有關(guān)，與壓力和濃度無關(guān)與壓力和濃度無關(guān)。 大量的實驗大

6、量的實驗數(shù)據(jù)歸納數(shù)據(jù)歸納HvGvBvAvhgbaBAvvmBAkw 反應(yīng)級數(shù)反應(yīng)級數(shù) 化學(xué)反應(yīng)速度表達(dá)式中濃度指數(shù)之和化學(xué)反應(yīng)速度表達(dá)式中濃度指數(shù)之和 a Ab Bg Gh H mwk ABnn 就是反應(yīng)級數(shù)就是反應(yīng)級數(shù) nab對于基元反應(yīng)對于基元反應(yīng) mwk ABn反應(yīng)物濃度變化對化學(xué)反應(yīng)速率的影響反應(yīng)物濃度變化對化學(xué)反應(yīng)速率的影響 燃用燃料反應(yīng)基數(shù)的大概數(shù)值燃用燃料 反應(yīng)基數(shù)的大概數(shù)值煤氣2重油1輕油1.52煤110級反應(yīng)：級反應(yīng)：n=0 0CCk C線性變化1/20C21級反應(yīng)：級反應(yīng)：n=101lnlnCCk 01/21/21ln2 2CCk01/21/21ln2 2CCk32級反應(yīng)：

7、級反應(yīng)：n=21/201/C2011kCC阿累尼烏斯定律阿累尼烏斯定律 ArrheniusArrhenius在一系列等溫條件下實驗測定了反應(yīng)物濃度在一系列等溫條件下實驗測定了反應(yīng)物濃度隨時間變化關(guān)系，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)常數(shù)隨時間變化關(guān)系，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)常數(shù)k與溫度的關(guān)系，溫與溫度的關(guān)系，溫度對化學(xué)反應(yīng)速度的巨大影響主要表現(xiàn)在反應(yīng)常數(shù)上，度對化學(xué)反應(yīng)速度的巨大影響主要表現(xiàn)在反應(yīng)常數(shù)上，建立了阿累尼烏斯定律：建立了阿累尼烏斯定律： 0exp()EkkRTk0：化學(xué)反應(yīng)頻率因子：化學(xué)反應(yīng)頻率因子E：活化能，與反應(yīng)物溫度及濃度無關(guān)活化能，與反應(yīng)物溫度及濃度無關(guān) 溫度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響溫度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響壓力對化

8、學(xué)反應(yīng)速率的影響壓力對化學(xué)反應(yīng)速率的影響 mwk AB/iiiiiCMVpRTpxpiipCxRT對于理想氣體對于理想氣體 一級反應(yīng)一級反應(yīng) 11mpwkCkxRT21212()mpwkC Ckx xRT 二級反應(yīng)二級反應(yīng) n 級反應(yīng)級反應(yīng) 1212()nmnnpwkC CCkx xCRTnmwp 0 prjn1 prjn 12 rjnp因此有因此有 燃煤燃煤 (常壓常壓)燃?xì)猓ㄓ停┤細(xì)猓ㄓ停?微正壓微正壓n=1n=2wm rj無關(guān)無關(guān)mvpwqV燃煤：燃煤：mvpwqV燃料停留時間rjrj對燃油燃?xì)忮仩t，允許正壓燃燒：對燃油燃?xì)忮仩t，允許正壓燃燒：p2pp/1rj不變不變11rjnp鏈?zhǔn)椒磻?yīng)

9、基本過程鏈?zhǔn)椒磻?yīng)基本過程. . a) a) 鏈的激發(fā)（引發(fā)）鏈的激發(fā)（引發(fā)）. .b b）鏈的傳遞）鏈的傳遞. .c c）鏈的斷裂（中斷，中止）鏈的斷裂（中斷，中止）. .fgHwgfHCfgfglim( 1)HHHwwCfggfHHCwexpHCAfg氫的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)氫的鏈?zhǔn)椒磻?yīng). .烴的燃燒反應(yīng)（碳?xì)浠衔铮N的燃燒反應(yīng)（碳?xì)浠衔铮┮矊儆阪準(zhǔn)椒磻?yīng)。以烷為例進行研究也屬于鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。以烷為例進行研究 2221nnnnC HC HH RHR是烷基烴的燃燒是一種蛻化的分枝反應(yīng)，這種反應(yīng)的新鏈烴的燃燒是一種蛻化的分枝反應(yīng)，這種反應(yīng)的新鏈鎖環(huán)節(jié)要靠中間生成物分子的分解才能完成，故其鎖環(huán)節(jié)要靠中間生成物分

10、子的分解才能完成，故其反應(yīng)速度較反應(yīng)速度較H2及及CO慢。慢。. 烷烷+ O2反應(yīng)的反應(yīng)的活化中心，主活化中心，主要是羥基要是羥基OH總的過程為：總的過程為： 高高C級的烷級的烷-同一同一C級的醛級的醛-低一低一C級的烷級的烷-甲醛甲醛. 最后甲醛最后甲醛 2222 HCHOCOHHCHOOCOH O分解燃燒在在200300左右，甲醛發(fā)出淺藍(lán)光左右，甲醛發(fā)出淺藍(lán)光冷焰冷焰一般不會引起爆炸。一般不會引起爆炸。 第一次出現(xiàn)冷焰的溫度稱為閃點。第一次出現(xiàn)冷焰的溫度稱為閃點。 1. 有有O2燃燒反應(yīng)機理燃燒反應(yīng)機理. 2. 缺缺O(jiān)2燃燒反應(yīng)燃燒反應(yīng)裂解裂解22m nm nCH裂解，脫裂解，脫H2 22

11、m nm nCHH（烯）（烯）烷烷斷鏈斷鏈222nnmmC HC H低低C烷烷低低C烯烯結(jié)論：結(jié)論： C/H比大的高碳烴（烷）裂解析炭反應(yīng)速度比甲烷比大的高碳烴（烷）裂解析炭反應(yīng)速度比甲烷快得多。且快得多。且C/H愈大析炭愈嚴(yán)重。丁烷比甲烷析炭速愈大析炭愈嚴(yán)重。丁烷比甲烷析炭速度快度快310倍，甲苯比甲烷析炭速度快幾個數(shù)量級。倍，甲苯比甲烷析炭速度快幾個數(shù)量級。 不飽和烴（烯、炔）比飽和烴（烷）更容易裂解析不飽和烴（烯、炔）比飽和烴（烷）更容易裂解析 C渣油渣油重油重油清柴油清柴油汽油汽油液化石油氣液化石油氣天然氣天然氣 為防止析為防止析C，在燃燒技術(shù)上采用一次風(fēng)，隨燃料送，在燃燒技術(shù)上采用一

12、次風(fēng)，隨燃料送入空氣，即用氧化反應(yīng)代替缺入空氣，即用氧化反應(yīng)代替缺O(jiān)2裂解析裂解析C；給足氧；給足氧（提高過量空氣系數(shù)），組織好氣體流場使混合均勻；（提高過量空氣系數(shù)），組織好氣體流場使混合均勻；化工上摻混水蒸氣（蒸氣霧化），縮短反應(yīng)時間等措化工上摻混水蒸氣（蒸氣霧化），縮短反應(yīng)時間等措施以抑制二次反應(yīng)。施以抑制二次反應(yīng)。 當(dāng)有催化劑存在時，裂解速度加快，溫度在當(dāng)有催化劑存在時，裂解速度加快，溫度在150200度時和無催化劑時高溫裂解一樣。（碳黑本度時和無催化劑時高溫裂解一樣。（碳黑本身也是一種催化劑）身也是一種催化劑） 影響化學(xué)平衡因素影響化學(xué)平衡因素.外界條件改變，平衡被破壞。系統(tǒng)變化遵循

13、呂外界條件改變，平衡被破壞。系統(tǒng)變化遵循呂查德里反抗查德里反抗規(guī)則：當(dāng)化學(xué)平衡由于某一外因（規(guī)則：當(dāng)化學(xué)平衡由于某一外因（T,pT,p或成分含量）而被破或成分含量）而被破壞時平衡將向反抗這一外因的方向移動。壞時平衡將向反抗這一外因的方向移動。 壓力增加，平衡將向分子數(shù)減少的方向移動；壓力增加，平衡將向分子數(shù)減少的方向移動； 壓力減小，平衡將向分子數(shù)增多的方向移動；壓力減小，平衡將向分子數(shù)增多的方向移動； 溫度升高，平衡將向吸熱方向移動，抵抗溫度升高的影響；溫度升高，平衡將向吸熱方向移動，抵抗溫度升高的影響； 溫度降低，平衡將向放熱方向移動，抵抗溫度降低的影響；溫度降低，平衡將向放熱方向移動，抵

14、抗溫度降低的影響； 如果增加可逆反應(yīng)中某一種成分，平衡將向消耗這種組分方向如果增加可逆反應(yīng)中某一種成分，平衡將向消耗這種組分方向移動。移動?；瘜W(xué)平衡化學(xué)平衡第二章第二章 燃燒空氣動力學(xué)基礎(chǔ)燃燒空氣動力學(xué)基礎(chǔ) 混合與傳質(zhì)混合與傳質(zhì)速度脈動wx決定湍流中的“三傳”過程n 湍流切應(yīng)力n 湍流正應(yīng)力 動量傳遞n 湍動度湍動度n 湍流熱通量 熱量傳遞n 湍流傳質(zhì)通量 質(zhì)量傳遞xyw w 2xw222*()/3xyzwwwwyc T w ym w 2221()2xyzwww2222222yyyxxxzzzwwwwwwwwwxyzyxzxzy另外兩個主要量： 湍流動能 湍流耗散 湍流附加應(yīng)力的假定湍流附加應(yīng)

15、力的假定各種半經(jīng)驗的理論模型各種半經(jīng)驗的理論模型 ：n普朗特混合長度理論 動量轉(zhuǎn)移理論n泰勒渦量理論 n等效湍流粘性力假設(shè) “三傳三傳”基本規(guī)律的數(shù)學(xué)描述基本規(guī)律的數(shù)學(xué)描述 ddwyddPTCyddCy傳遞通量G“三傳”的特征參數(shù)K，m2/s“三傳”的傳遞動力Y動力源性質(zhì)單位動量傳遞N / m2運動粘度速度差w熱量傳遞W / m2 或J / (m2 s)熱擴散率a溫度差T質(zhì)量傳遞kg / (m2 s) 或mol / (m2 s)質(zhì)量擴散率D濃度差C“三傳三傳”的可比擬性用如下公式來描述：的可比擬性用如下公式來描述：GKY 熱量交換和質(zhì)量交換比擬熱量交換和質(zhì)量交換比擬1. 1.對流傳質(zhì)的努塞爾特

16、準(zhǔn)則方程對流傳質(zhì)的努塞爾特準(zhǔn)則方程 仿照對流換熱對流換熱的準(zhǔn)則方程 寫出對流傳質(zhì)對流傳質(zhì)的準(zhǔn)則方程 n顆粒近似為小球體小球體，對流傳質(zhì)的Nuzl準(zhǔn)則方程為：n由純分子運動擴散引起的傳質(zhì)純分子運動擴散引起的傳質(zhì)，當(dāng)顆粒與氣體間相對相對Re很小時很小時，Nu0 2.0。 Nuf(Re,Pr)LzlzlNuShf(Re,Sc)LD13zl0NuNuRe ScnC13zlNu2Re ScnC顆粒在顆粒在靜止空間中靜止空間中對流傳質(zhì)的特性對流傳質(zhì)的特性 或n在燃燒學(xué)中的重要意義：n氧氣向顆粒表面的擴散與顆粒的粒徑0成反比。比如：在懸浮燃燒中，燃料顆粒粒徑愈小，“三傳”都愈強烈。 02zlD0zlNu2z

17、lD xCr0C00C碳粒碳粒O21 1、從、從 處向碳粒表面擴散處向碳粒表面擴散OO2 2氣氣模型模型I：從遠(yuǎn)方（從遠(yuǎn)方（）通過）通過分子擴散分子擴散傳遞傳遞 球面上（球面上（r0表面上）表面上）模型模型II：從遠(yuǎn)方（從遠(yuǎn)方（）對流擴散對流擴散到球面上到球面上 （r0表面上）表面上）BoundaryBoundary：r = C=C r =r0C=C0模型模型I：24ddcmDrr21dd4mcrDr&0CC0r積分)11(400rDmCC)(400CCDrm模型模型II：2004)(rCCmzl傳質(zhì)平衡傳質(zhì)平衡=0202lzlDr02zlzlNuD01zl顆粒越細(xì)，表面質(zhì)量交換（zl

18、）越強烈熱、質(zhì)傳遞過程比擬m TCddTQfxddCmDfrQT f zlmC f NufaLRe,Pr NuShf(Re,Sc)zlzlLD項目熱量傳遞Q質(zhì)量傳遞 名稱公式及單位名稱公式及單位源動力溫度差濃度差基本規(guī)律傅里葉導(dǎo)熱定律菲克定律牛頓對流傳熱對流傳質(zhì)準(zhǔn)則數(shù)努塞爾數(shù)傳質(zhì)努塞爾數(shù)或舍伍德數(shù)m fm dxdTddCxzlT符號傳熱量Q = q f， W傳質(zhì)量 ，kg/s或mol/s傳熱通量q =Q / f， W/m2傳質(zhì)通量 ，kg/（m2s）或mol/（m2s）熱導(dǎo)率，W/（m K）質(zhì)量擴散率D，m2/s溫度梯度 ，K / m濃度梯度 ，kg/m4或mol/m4放熱系數(shù) ，W/（m2

19、K）質(zhì)量交換系數(shù) ，m/ s溫度差 ，K濃度差c， kg/m3或mol/m3傳熱面積 f， m2傳質(zhì)面積f， m2接上表接上表第三節(jié)第三節(jié) 湍流射流中的積分守恒條件湍流射流中的積分守恒條件一一 湍流自由射流的特性湍流自由射流的特性二二 平行射流的積分守恒條件平行射流的積分守恒條件三三 自由射流的積分守恒條件自由射流的積分守恒條件四四 “三傳三傳”過程中普遍適用的二元微分方程組過程中普遍適用的二元微分方程組一一 湍流自由射流的特性湍流自由射流的特性n自由射流；自由射流；無限大靜止空間、不受固壁限制、淹沒于周圍流體介質(zhì)中。1. 1.湍流自由射流的外形結(jié)構(gòu)特征湍流自由射流的外形結(jié)構(gòu)特征 x 初始段

20、R 基本段 wzs y R y 擴 展 角 2 射流極點射流極點射流外邊界線射流外邊界線（速度為0 ）核心區(qū)核心區(qū)射流內(nèi)邊界射流內(nèi)邊界（速度w1）轉(zhuǎn)折斷面轉(zhuǎn)折斷面hoso湍流自由射流中的其他特性湍流自由射流中的其他特性 1.51(zszszswTCywTCRb 或 ）000()ahRb或000()asRb或1zsww000.960.960.29asaxRR001axasbb物理量軸對稱射流平面射流無量綱斷面速度分布相似性射流半擴展角 tgaR / x = 3.4ab / x = 2.4a射流核心區(qū)半角 tg1.49a0.97a 極點深度0.290.41 核心區(qū)長度0.67

21、1.03 無量綱軸心線速度11zszsTCTC000.700.700.29asaxRR001.0321.0320.41axasbb00()()RbRb或或13.3zsww213.46zsww102.132.92zswaxwR101.421.18zswaxwbw0.20zsw0.41zswmw0.70zsw1QQ0.47zsw 無量綱軸心線剩余溫度和濃度 無量綱外邊界 無量綱斷面流量 面積平均速度 質(zhì)量平均速度 湍流結(jié)構(gòu)系數(shù) a0.066 0.0760.108 0.118接上表接上表n動量差熱焓差守恒動量差熱焓差守恒n n剩余濃度的變化剩余濃度的變化n，無量綱速度、溫差、濃度差衰減加快，射程二二

22、 大溫差不等溫自由射流的湍流混合與傳質(zhì)大溫差不等溫自由射流的湍流混合與傳質(zhì)0.00.81.00123450axR1zsww 增大= =5=1=0.5=0.2 =0.10.00.81.00123451zsCC1zsTT0axR 增大= =5=1=0.5=0.2 =0.1或111zszszsCTwBCTw1101 0.535(1)0.96zszswwwaxwR12TT自由射流的傳質(zhì)：自由射流的傳質(zhì)：(1) (1) 把熱射流（把熱射流（T T1 1）射入冷空間（）射入冷空間（T T2 2）中）中 無量綱軸心速度無量綱軸心速度wwzs zs衰減快，且隨衰減快，且隨有

23、有wwzs zs 無量綱軸心溫差無量綱軸心溫差 T Tzs zs衰減快，且隨衰減快，且隨有有 T Tzs zs 無量綱軸心濃度差無量綱軸心濃度差 C Czs zs衰減快，混合強烈，且隨衰減快，混合強烈，且隨有有 C Czs zs(2) (2) 把冷射流（把冷射流（T T1 1）射入熱空間（）射入熱空間（T T2 2）中）中 三個無量綱量三個無量綱量wwzs zs， T Tzs zs， C Czs zs衰減慢，混合慢，射程長。隨衰減慢，混合慢，射程長。隨衰減很衰減很慢。慢。如鍋爐中的二次風(fēng)，從燃燒供O2的角度應(yīng)用高T1（應(yīng)可能高）的空氣，以加強湍流混合和傳質(zhì)（供O2），有利于燃燒從組織爐內(nèi)氣流流

24、動工況角度，相反，應(yīng)用低一些的空氣（T1），衰減慢，有足夠的擾動范圍，保證氣流流動。氣、固氣、固( (液液) )兩相射流中的混合與傳質(zhì)兩相射流中的混合與傳質(zhì)顆粒只有幾十微米，或隨風(fēng)流動，對射流流場不影響，可視為自由顆粒只有幾十微米，或隨風(fēng)流動，對射流流場不影響，可視為自由射流，因此適用積分守恒條件和射流分布相似性規(guī)律，射流，因此適用積分守恒條件和射流分布相似性規(guī)律，由于射流中由于射流中有固（液）顆粒，射流軸心線上速度衰減減慢（即與周圍介質(zhì)混合有固（液）顆粒，射流軸心線上速度衰減減慢（即與周圍介質(zhì)混合傳質(zhì)減慢）。一次風(fēng)中燃料濃度增加，會使得燃盡更加困難，火焰?zhèn)髻|(zhì)減慢）。一次風(fēng)中燃料濃度增加，會使

25、得燃盡更加困難，火焰長度變長。長度變長。某斷面軸心線上的燃料濃度某斷面軸心線上的燃料濃度C Czs zs=化學(xué)當(dāng)量比下的理論燃燒濃度化學(xué)當(dāng)量比下的理論燃燒濃度C Clr lr時，時，燃燒才完全。此時該斷面的距離燃燒才完全。此時該斷面的距離axax/ /R R0 0稱理論燃盡火焰長度）稱理論燃盡火焰長度）以質(zhì)量流量計算，任一斷面上軸心線上濃度以質(zhì)量流量計算，任一斷面上軸心線上濃度C Czszs是斷面平均濃度的是斷面平均濃度的1.51.5倍。所以，倍。所以，空氣和燃料的分布是不匹配的，要使得射流中各處的燃空氣和燃料的分布是不匹配的，要使得射流中各處的燃料都有充足氧氣，必須過量空氣系數(shù)大于料都有充足

26、氧氣，必須過量空氣系數(shù)大于1 1。西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院40重要的結(jié)論重要的結(jié)論n 不能依靠簡單的單股自由射流同時完成投送燃料和供應(yīng)氧氣不能依靠簡單的單股自由射流同時完成投送燃料和供應(yīng)氧氣的任務(wù)，因為氧量和燃料濃度在空間中難以精確匹配。的任務(wù)，因為氧量和燃料濃度在空間中難以精確匹配。解決解決方案：把投送燃料和供氧的功能分開，使用專門的一次風(fēng)投方案：把投送燃料和供氧的功能分開，使用專門的一次風(fēng)投送燃料，使用專門的二次風(fēng)供應(yīng)氧氣（使用平行或相交射送燃料，使用專門的二次風(fēng)供應(yīng)氧氣（使用平行或相交射流）。流）。n 要避免使用大尺寸或者高流速的一次風(fēng)，當(dāng)燃燒設(shè)備的功率要避免使用大尺寸或者高流速的

27、一次風(fēng)，當(dāng)燃燒設(shè)備的功率增大時，不能簡單增大單股自由射流的尺寸或流速。因為這增大時，不能簡單增大單股自由射流的尺寸或流速。因為這樣會使得火焰變長、燃盡困難。樣會使得火焰變長、燃盡困難。解決方案：將供應(yīng)燃料的一解決方案：將供應(yīng)燃料的一次風(fēng)分割為多股較小的射流，縮短射程。次風(fēng)分割為多股較小的射流，縮短射程。n 專門負(fù)責(zé)供氧的二次風(fēng)，則可以視情況選用不同的尺寸和流專門負(fù)責(zé)供氧的二次風(fēng)，則可以視情況選用不同的尺寸和流速。速。當(dāng)供氧目標(biāo)較近時，使用低流速；當(dāng)供氧目標(biāo)較遠(yuǎn)時，當(dāng)供氧目標(biāo)較近時，使用低流速；當(dāng)供氧目標(biāo)較遠(yuǎn)時，使用高流速。當(dāng)供氧需求量大時，使用大尺寸；當(dāng)供氧需求使用高流速。當(dāng)供氧需求量大時，使

28、用大尺寸；當(dāng)供氧需求量小時，使用小尺寸。量小時，使用小尺寸。旋轉(zhuǎn)射流的流動與傳質(zhì)旋轉(zhuǎn)射流的流動與傳質(zhì)n流場存在兩個區(qū)域：類似剛體旋轉(zhuǎn)的核心區(qū)，和類似流場存在兩個區(qū)域：類似剛體旋轉(zhuǎn)的核心區(qū)，和類似自由渦的外圍區(qū)自由渦的外圍區(qū)n中心存在負(fù)壓區(qū)，因此有回流區(qū)存在中心存在負(fù)壓區(qū)，因此有回流區(qū)存在n旋轉(zhuǎn)射流的射程比同等條件的直射流短旋轉(zhuǎn)射流的射程比同等條件的直射流短n旋流強度的增大有利于前期混合，但會縮短射程旋流強度的增大有利于前期混合，但會縮短射程n擴口有助于形成較大的回流區(qū)擴口有助于形成較大的回流區(qū)旋流強度及旋轉(zhuǎn)射流的流動型式旋流強度及旋轉(zhuǎn)射流的流動型式1 1、由試驗確定的、由試驗確定的自由旋轉(zhuǎn)射流

29、：任意斷面上自由旋轉(zhuǎn)射流：任意斷面上旋轉(zhuǎn)動量旋轉(zhuǎn)動量( (流率流率) )矩保持不變矩保持不變常數(shù)rrdrwwGRx0)2(常數(shù)RRxxxrdrprdrwwG00222 2、旋轉(zhuǎn)強度、旋轉(zhuǎn)強度xGG R 定性尺寸定性尺寸軸向動量矩旋轉(zhuǎn)動量矩重要相似準(zhǔn)則重要相似準(zhǔn)則一般計算射流出口處的值一般計算射流出口處的值0RR取xww 自由旋轉(zhuǎn)射流：任意斷面上軸向自由旋轉(zhuǎn)射流：任意斷面上軸向動量動量( (流率流率) )保持不變保持不變各國R取值不一樣， 數(shù)值有差異 n鈍體張角2 ，回流區(qū)寬度H，長度L和回流量k都n阻塞率(b/B)2的影響: k ，L/d。兩股平行射流湍流混合的強弱決定于： 兩者的動壓比 ，它

30、是湍流擴散（三傳）的動力（能量）來源，它的增加會導(dǎo)致流體微團可在更大尺度范圍內(nèi)湍流相關(guān)，且混合邊界層愈偏于動壓小的一側(cè)。當(dāng)動壓比趨近于1時，由于動壓差引起的湍流擴散已經(jīng)十分微弱，只能靠射流自身原始擾動度來維持 決定于射流自身動壓 ，它是射流內(nèi)部進行三傳的動力（能量）源。一般自身湍動度總是維持射流內(nèi)部的小尺度湍動。 系數(shù)k，決定于射流噴口的結(jié)構(gòu)特征和速度分布特征211222ww222w相交射流相交射流 n相交射流以一定角度相交，在各自慣性力作用下相互相交射流以一定角度相交，在各自慣性力作用下相互碰撞和混合，完成碰撞和混合，完成“三傳三傳”，這個慣性力比湍流切應(yīng)，這個慣性力比湍流切應(yīng)力要大數(shù)百倍。

31、力要大數(shù)百倍。n射流等值核心區(qū)被強烈破壞。射流等值核心區(qū)被強烈破壞?！叭齻魅齻鳌鄙?。升高。n射流變形，壓扁，混合邊界層很快波及到射流軸心射流變形，壓扁，混合邊界層很快波及到射流軸心線區(qū)，線區(qū)，“三傳三傳”升高。交角升高。交角越大壓扁越厲害。越大壓扁越厲害。n兩射流軸心線相交后，合成一股射流，同時具有最兩射流軸心線相交后，合成一股射流，同時具有最大的變形后的周邊。所以與周圍介質(zhì)大的變形后的周邊。所以與周圍介質(zhì)“三傳三傳”也加強。也加強。n結(jié)論：結(jié)論：相交射流混合傳質(zhì)的動力學(xué)條件是兩射流的動相交射流混合傳質(zhì)的動力學(xué)條件是兩射流的動量（流率）比量（流率）比M=1M=1時混合最強烈時混合最強烈。 西

32、安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院46第三章第三章 著火理論著火理論3.1 3.1 著火的基本概念著火的基本概念3.2 3.2 熱自燃理論熱自燃理論3.3 3.3 鏈?zhǔn)阶匀祭碚撴準(zhǔn)阶匀祭碚?.4 3.4 強迫點燃理論強迫點燃理論3.5 3.5 燃燒熱工況燃燒熱工況西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院47燃燒過程是發(fā)光放熱的化學(xué)反應(yīng)過程，存在兩個最基本的階段：著火階段、著火后燃燒階段。反應(yīng)的引發(fā)劇烈反應(yīng)的加速過程燃燒階段著火階段（孕育期）西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院48影響著火的因素化學(xué)動力學(xué)因素傳熱學(xué)因素例如：例如：燃料的性質(zhì)；燃料的性質(zhì)；燃料與氧化劑的混合比例；燃料與氧化劑的混合比例；環(huán)境的壓力與溫度

33、；環(huán)境的壓力與溫度；氣流的速度；氣流的速度；燃燒室的尺寸；燃燒室的尺寸；保溫情況等。保溫情況等。著火方式與機理著火方式與機理西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院49n熱著火：熱著火：可燃混合物由于本身氧化反應(yīng)放熱大于散熱，或可燃混合物由于本身氧化反應(yīng)放熱大于散熱，或由于外部熱源加熱，溫度不斷升高導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)不斷由于外部熱源加熱，溫度不斷升高導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)不斷自動自動加速，積累更多能量最終導(dǎo)致著火。加速，積累更多能量最終導(dǎo)致著火。大多數(shù)氣體燃料大多數(shù)氣體燃料著火特性符合熱著火的特征。著火特性符合熱著火的特征。分為：n鏈?zhǔn)街穑烘準(zhǔn)街穑河捎谀撤N原因，可燃混合物中存在活化中心，由于某種原因，可燃混合物中存

34、在活化中心，活化中心產(chǎn)生速率大于銷毀速率時，活化中心產(chǎn)生速率大于銷毀速率時，在分枝鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的作在分枝鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的作用下，用下，導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)速度不斷加速，最終導(dǎo)致著火。導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)速度不斷加速，最終導(dǎo)致著火。 某些低壓下著火實驗（如某些低壓下著火實驗（如 H2+O2，CO+O2的著火）和低的著火）和低溫下的溫下的“冷焰冷焰”現(xiàn)象符合鏈?zhǔn)街鸬奶卣鳌，F(xiàn)象符合鏈?zhǔn)街鸬奶卣?。熱自燃熱自燃強迫點燃強迫點燃熱自燃理論熱自燃理論熱自燃條件熱自燃條件以封閉容器內(nèi)可燃物質(zhì)的著火過程為例，來分析熱自燃問題。西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院50熱自燃簡化模型為使問題簡化，作如下假設(shè)：為使問題簡化，作如下假設(shè)：1.只有

35、熱反應(yīng)，不存在鏈?zhǔn)椒磻?yīng)；只有熱反應(yīng)，不存在鏈?zhǔn)椒磻?yīng)；2.容器的體積容器的體積V和表面積和表面積F為定值；為定值；3.容器內(nèi)的參數(shù)（如溫度濃度等）處處相同；容器內(nèi)的參數(shù)（如溫度濃度等）處處相同；4.容器與環(huán)境之間僅存在對流換熱，容器與環(huán)境之間僅存在對流換熱，為定值為定值；5.可燃物質(zhì)的反應(yīng)熱可燃物質(zhì)的反應(yīng)熱Q為定值為定值；6.在整個著火過程中，可燃物質(zhì)濃度變化很小，在整個著火過程中，可燃物質(zhì)濃度變化很小，視作不變視作不變；7. 反應(yīng)開始時，系統(tǒng)溫度和容器壁溫與環(huán)境溫反應(yīng)開始時，系統(tǒng)溫度和容器壁溫與環(huán)境溫度度T0相同；相同；8.反應(yīng)過程中，系統(tǒng)的溫度為反應(yīng)過程中，系統(tǒng)的溫度為T，容器壁溫與可，容器

36、壁溫與可燃物質(zhì)溫度相同，均為燃物質(zhì)溫度相同，均為T；西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院51熱自燃中的熱量平衡關(guān)系環(huán)境溫度 Qf, Qs T T01 T03 T02 A B C Qf Qs QL TA TC TB T01 T03 T02 T 影響熱自燃的因素：影響熱自燃的因素：西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院521.對流換熱系數(shù)對流換熱系數(shù) ： ，散熱，散熱直線直線Qs的的斜率斜率， Qs直線將直線將以橫軸上以橫軸上T0點為軸心向右轉(zhuǎn)點為軸心向右轉(zhuǎn)動，動，與與Qf相切，自燃相切，自燃。2.散熱面積散熱面積F：F，與減小對，與減小對流換熱系數(shù)效果相同。流換熱系數(shù)效果相同。3.可燃物濃度可燃物濃度c：c

37、p ，放熱，放熱曲線曲線Qf向左上方移動，與散向左上方移動，與散熱直線熱直線Qs相切，自燃。相切，自燃。p1p2p3 p1 p2 p3 A B C T0 Tc T Qf 123 1 2 3 Q A C B T0 Tc Qf T Qs 自燃的充分必要條件自燃的充分必要條件：西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院53不僅放熱量和散熱量要相等，而且兩者隨溫度的變化率不僅放熱量和散熱量要相等，而且兩者隨溫度的變化率也要相等。也要相等。|CCfT Ts T TQQ|CCfST TT TdQdQdTdT數(shù)學(xué)描述：二、鏈?zhǔn)阶匀紬l件二、鏈?zhǔn)阶匀紬l件西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院54123dnwwwdtw1熱的作用而生

38、成鏈載體的速度；w2由鏈分枝造成的鏈載體凈增加速度；w3鏈載體的銷毀速度；n鏈載體的瞬時濃度；g鏈載體銷毀速度系數(shù)；f鏈載體凈增加速度系數(shù)。鏈載體隨時間的變化為2wfn3wgn 強迫點燃理論強迫點燃理論一、強迫點燃與熱自燃西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院55熱自燃熱自燃強迫點燃強迫點燃條件條件 Q1=Q2， Tw=T， 過程過程 自發(fā)整個空間，可燃混合自發(fā)整個空間，可燃混合物物WC很慢很慢放熱放熱升溫升溫多放熱多放熱再升溫：積蓄再升溫：積蓄達(dá)到著火達(dá)到著火強制，局部強制，局部整個空間，整個空間，用高溫物體置于可燃混合用高溫物體置于可燃混合 物中物中 ，溫差，溫差熱傳遞熱傳遞 ， 邊界層內(nèi)加熱邊界

39、層內(nèi)加熱著火溫度著火溫度 著火著火 原理上原理上 均是化學(xué)反應(yīng)急劇加速的結(jié)果均是化學(xué)反應(yīng)急劇加速的結(jié)果 外界溫度外界溫度 有一定限制有一定限制無要求無要求12dQdQdTdT0dTdx熱自燃與強迫點燃對比熱自燃與強迫點燃對比n強迫點燃的參數(shù)：強迫點燃的參數(shù)：點燃溫度、點燃孕育時間點燃溫度、點燃孕育時間、點燃濃度界限點燃濃度界限和和點點火源尺寸火源尺寸。n影響因素：影響因素：可燃物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)、濃度、溫度可燃物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)、濃度、溫度、壓力壓力、點點燃方法、點火能和可燃物質(zhì)的流動性質(zhì)等燃方法、點火能和可燃物質(zhì)的流動性質(zhì)等。西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院56燃燒熱工況燃燒熱工況n燃燒熱工況問題燃燒

40、熱工況問題：討論氣流（燃料與助燃?xì)怏w的混合討論氣流（燃料與助燃?xì)怏w的混合物）的溫度在某一系統(tǒng)中如何變化的問題物）的溫度在某一系統(tǒng)中如何變化的問題。n一般情況下，溫度與燃燒反應(yīng)速度這兩個因素是相互一般情況下，溫度與燃燒反應(yīng)速度這兩個因素是相互促進的。燃燒加強以后使溫度升高，溫度升高以后更促進的。燃燒加強以后使溫度升高，溫度升高以后更使燃燒加強。但是有時條件不利的話，也可能使這兩使燃燒加強。但是有時條件不利的話，也可能使這兩個因素相互促退。個因素相互促退。西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院57一、零元系統(tǒng)的燃燒熱工況一、零元系統(tǒng)的燃燒熱工況西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院58 假設(shè)某一空間例如是一個爐膛

41、，內(nèi)部的氣體假設(shè)某一空間例如是一個爐膛，內(nèi)部的氣體極強烈地?fù)交煲灾翣t內(nèi)溫度極強烈地?fù)交煲灾翣t內(nèi)溫度 T、濃度、濃度 C 等物等物理參數(shù)非常均勻理參數(shù)非常均勻 進口進口 體積流量：體積流量：qV 氣流溫度：氣流溫度：T0 燃料或氧的濃度：燃料或氧的濃度：C0 體積：體積：V 溫度：溫度：T 濃度：濃度：C 出口出口 溫度：溫度：T 濃度：濃度：C n零元系統(tǒng)零元系統(tǒng)：也稱為也稱為“強烈攪拌的模型強烈攪拌的模型”。各種因素對零元系統(tǒng)燃燒穩(wěn)定性的影響各種因素對零元系統(tǒng)燃燒穩(wěn)定性的影響 西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院59q0 0C0Qq1Tq2n停留時間 0增加，q1上移，熄火的可能性減小，燃燒穩(wěn)定性

42、改善。0 = /VV qq0 QC0Qq1Tq2n發(fā)熱量增加時, q1在縱坐標(biāo)方向成比例地放大, 可使燃燒穩(wěn)定性改善。各種因素對零元系統(tǒng)燃燒穩(wěn)定性的影響各種因素對零元系統(tǒng)燃燒穩(wěn)定性的影響 西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院60q0 0C0Qq1(E減小)Tq2q0 0C0Qk0Tq2n當(dāng)燃料的活化能E減小的時候，q1曲線向上移動。n當(dāng)燃料的頻率因子k0增加的時候，其效果與停留時間0增加是一樣的，q1曲線向上移動。n這兩個物理量的變化表明，提高燃料化學(xué)反應(yīng)的活性，可以使燃燒的穩(wěn)定性改善。 西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院61q0 T0C0Qq1Tq2n氣流的初溫T0升高時，q2線平行向右移動，燃燒穩(wěn)定

43、性改善。各種因素對零元系統(tǒng)燃燒穩(wěn)定性的影響各種因素對零元系統(tǒng)燃燒穩(wěn)定性的影響 n當(dāng)分析實際的燃燒室的時候，燃燒室的壁面不是絕熱的，需要把火焰對燃燒室壁面的輻射散熱考慮進去，則散熱率為：西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院6284220400()4.9 10/()plyxVVpQqc TTS TqqTc TTV 其中4.910-8 l Syx為決定燃燒室結(jié)構(gòu)的系數(shù)；燃燒室壁面的污垢系數(shù)；Syx有效輻射受熱面積；l燃燒室系統(tǒng)黑度。西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院63n當(dāng)Syx，或 ，或l ，則導(dǎo)熱系數(shù) ，從而散熱增強，q2曲線向左移動，燃燒的穩(wěn)定性下降；n其它條件不變，燃燒室容積V，單位流量氣流的散熱量，

44、燃燒的穩(wěn)定性提高；n其它條件不變，停留時間0 ，產(chǎn)熱（q1Iq1IIq1III），散熱也（q2Iq2IIq2III），則q1與q2交點的移動有多種情況，如圖所示。如果產(chǎn)熱上升幅度更大，燃燒穩(wěn)定性增加；如果散熱的上升幅度更大，則燃燒的穩(wěn)定性下降。4020()pTqc TTVq0 C0QTqI2qII2qIII2qI1qII1qIII1CAB零元系統(tǒng)燃燒熱工況的結(jié)論零元系統(tǒng)燃燒熱工況的結(jié)論西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院64因素名稱符號趨勢燃燒穩(wěn)定性爐膛容積V燃料流量qV燃料發(fā)熱量 Q燃料活性k0,Ek0 ,E 氣流初溫T0爐膛吸熱煙氣回流qV二、一元系統(tǒng)的燃燒熱工況二、一元系統(tǒng)的燃燒熱工況n一元系

45、統(tǒng)：系統(tǒng)中在氣流的橫截面上溫度、濃一元系統(tǒng)：系統(tǒng)中在氣流的橫截面上溫度、濃度等參數(shù)是均勻的，僅沿氣流方向這些參數(shù)才度等參數(shù)是均勻的，僅沿氣流方向這些參數(shù)才有變化。一元系統(tǒng)中可以對氣流燃燒過程進行有變化。一元系統(tǒng)中可以對氣流燃燒過程進行計算計算 。西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院65西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院66四種方案比較四種方案比較n一元系統(tǒng)的燃燒熱工況分析可以正確地反映合理組織氣流燃燒過程的方法。歸納起來，可列成下列原則： 1）供應(yīng)的空氣應(yīng)該分成一次風(fēng)與二次風(fēng)，可以加快氣流的升溫著火。2）二次風(fēng)應(yīng)分批加入，第一批燒完了再加入第二批。3）二次風(fēng)每批送入的數(shù)量應(yīng)有限制，避免中途淬熄、保證燃燒

46、繼續(xù)進行。 第四章第四章 氣體燃料燃燒氣體燃料燃燒 火焰?zhèn)鞑ニ俣然鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣?火焰前鋒沿其法線方向朝新鮮可燃混 合氣移動(傳播)的速度，用vL(m/s) 表示ddlimLnnv可燃混合氣中的正?；鹧?zhèn)鞑?pLnvvvnv可燃混合氣速度可燃混合氣速度矢量矢量v v在火焰前鋒在火焰前鋒法線方向上的投法線方向上的投影影通過測量內(nèi)錐的層流預(yù)混火焰錐測定火焰正常傳播速度通過測量內(nèi)錐的層流預(yù)混火焰錐測定火焰正常傳播速度 穩(wěn)定狀態(tài)下，燈口流出可燃混合氣量穩(wěn)定狀態(tài)下，燈口流出可燃混合氣量 與整個內(nèi)錐焰面上燃燒掉的氣量相等與整個內(nèi)錐焰面上燃燒掉的氣量相等 FL0f0AvvAAf 燈口出口截面積燈口出口截面積，m

47、2；AF 火焰內(nèi)錐表面積火焰內(nèi)錐表面積，m2；v 燈口出口處平均流速燈口出口處平均流速，m/s。 vvrhrAA L2020Ffsin 幾何關(guān)系幾何關(guān)系本生燈火焰錐 假設(shè)內(nèi)錐為正錐體假設(shè)內(nèi)錐為正錐體 設(shè)管內(nèi)可燃混合氣的流量為設(shè)管內(nèi)可燃混合氣的流量為qV(m3/s) )(20 rqvV 本生燈錐形火焰正常傳播速度本生燈錐形火焰正常傳播速度vL(m/s) 2020 LrhrqvV本生燈火焰錐 h,r0,qv vL 正常火焰?zhèn)鞑ニ俣然旌蠚庑再|(zhì)，壓力，溫度，過量空氣系數(shù)，流動狀況，周圍散熱情況） 層流火焰?zhèn)鞑サ臋C理層流火焰?zhèn)鞑サ臋C理有三種理論：熱理論熱理論：認(rèn)為控制火焰?zhèn)鞑サ闹饕獧C理為從反應(yīng)區(qū)到未燃區(qū)

48、：認(rèn)為控制火焰?zhèn)鞑サ闹饕獧C理為從反應(yīng)區(qū)到未燃區(qū) 域的熱傳導(dǎo)域的熱傳導(dǎo)擴散理論擴散理論：認(rèn)為來自反應(yīng)區(qū)的鏈載體的逆向擴散是控制層：認(rèn)為來自反應(yīng)區(qū)的鏈載體的逆向擴散是控制層流流 火焰?zhèn)鞑サ闹饕蛩鼗鹧鎮(zhèn)鞑サ闹饕蛩鼐C合理論綜合理論：認(rèn)為熱的傳導(dǎo)和活性粒子的擴散對火焰?zhèn)鞑タ赡埽赫J(rèn)為熱的傳導(dǎo)和活性粒子的擴散對火焰?zhèn)鞑タ赡?有同等重要的影響有同等重要的影響設(shè)備燃燒強度設(shè)備燃燒強度 火焰?zhèn)鞑ニ俣然鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣?對于一維定常流動，可燃混合氣進口流速對于一維定常流動，可燃混合氣進口流速v0恰好保持火焰前恰好保持火焰前 鋒靜止不動，則鋒靜止不動，則v0即為火焰前鋒的正常傳播速度即為火焰前鋒的正常傳播速度vL w

49、1pca 若可燃混合氣在燃燒區(qū)內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)時間為若可燃混合氣在燃燒區(qū)內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)時間為，則則再令氣體介質(zhì)的平均熱擴散率再令氣體介質(zhì)的平均熱擴散率，則則 0Lavv 可見，對于給定的可燃混合氣，如果不考慮燃燒室以及外界可見，對于給定的可燃混合氣，如果不考慮燃燒室以及外界 的影響，火焰前鋒的正常傳播速度則可看為的影響，火焰前鋒的正常傳播速度則可看為可燃混合氣的主可燃混合氣的主 要物理化學(xué)特征要物理化學(xué)特征 火焰正常傳播速度的主要影響因素火焰正常傳播速度的主要影響因素 主要影響因素： 可燃混合氣自身的特性可燃混合氣自身的特性 壓力壓力 溫度溫度 組成結(jié)構(gòu)組成結(jié)構(gòu) 惰性氣體含量惰性氣體含量 添加劑等添

50、加劑等 擴散火焰與預(yù)混火焰擴散火焰與預(yù)混火焰 概述 根據(jù)燃?xì)馐欠耦A(yù)混空氣可將燃燒方式分為根據(jù)燃?xì)馐欠耦A(yù)混空氣可將燃燒方式分為：擴散燃燒形成擴散燃燒火焰 動力燃燒(預(yù)混燃燒) 形成動力燃燒火焰(預(yù)混火焰) 按照由于氣體介質(zhì)流速引起的流態(tài)的不同，火焰還可分為：按照由于氣體介質(zhì)流速引起的流態(tài)的不同，火焰還可分為：層流燃燒火焰層流燃燒火焰湍流燃燒火焰湍流燃燒火焰 燃燒器噴口處層流預(yù)混火焰示意圖 燃燒器噴口預(yù)混火焰穩(wěn)定性及其結(jié)構(gòu)燃燒器噴口預(yù)混火焰穩(wěn)定性及其結(jié)構(gòu) 工程中要求預(yù)混火焰穩(wěn)定在燃燒器噴口工程中要求預(yù)混火焰穩(wěn)定在燃燒器噴口 附近，形成穩(wěn)定的圓錐形火焰鋒面附近，形成穩(wěn)定的圓錐形火焰鋒面 為保證火焰駐

51、定在噴口處，火焰面上各點為保證火焰駐定在噴口處，火焰面上各點 vL應(yīng)等于焰面法線方向上的氣流速度應(yīng)等于焰面法線方向上的氣流速度v0 v0與可燃混合氣噴出速度與可燃混合氣噴出速度w之間的關(guān)系之間的關(guān)系 L0sincosvvwwGouyMichelson定律定律( (余弦定律余弦定律 ) )結(jié)論：結(jié)論：1) 當(dāng)燃燒器噴口尺寸和可燃混合氣成分一定時，若當(dāng)燃燒器噴口尺寸和可燃混合氣成分一定時，若增大增大 流量流量qV，則將使火焰長度，則將使火焰長度l增大增大；2) 在噴口尺寸和流量相同的情況下，在噴口尺寸和流量相同的情況下，火焰?zhèn)鞑ニ俣容^大火焰?zhèn)鞑ニ俣容^大 的可燃混合氣的可燃混合氣(例如例如H2)的燃

52、燒的燃燒火焰火焰，要比火焰?zhèn)鞑ニ?，要比火焰?zhèn)鞑ニ?度較小的度較小的(例如例如CO)要要短短。12L0 vwrl12L200 vrqrlV(4-5) 火焰的穩(wěn)定性火焰的穩(wěn)定性 L0sincosvvww 當(dāng)噴出速度當(dāng)噴出速度w變化時，火焰面可通過改變變化時，火焰面可通過改變 角，維持火焰穩(wěn)定角，維持火焰穩(wěn)定 w增大增大，角也增大角也增大( 角減小角減小 。如果如果角直到增大至接近角直到增大至接近90 也無法滿足余弦定律，則火焰面無法繼續(xù)保持穩(wěn)定，火焰將也無法滿足余弦定律，則火焰面無法繼續(xù)保持穩(wěn)定，火焰將 被吹離噴口。此時，火焰可能出現(xiàn)被吹離噴口。此時，火焰可能出現(xiàn)3 3種現(xiàn)象種現(xiàn)象1) 1) 離焰

53、離焰 2) 2) 吹熄吹熄 3) 3) 脫火脫火( (吹脫吹脫) ) w減小，減小， 角也減小角也減小 角增大角增大 。如果。如果 角直到減小至接近角直到減小至接近0 0 也無法滿足余弦定律，則火焰面無法繼續(xù)保持穩(wěn)定，火焰將也無法滿足余弦定律，則火焰面無法繼續(xù)保持穩(wěn)定，火焰將 縮入噴口內(nèi)，出現(xiàn)回火縮入噴口內(nèi)，出現(xiàn)回火氣體燃料的擴散燃燒氣體燃料的擴散燃燒 擴散火焰的形式 按燃料和空氣供入的不同方式，按燃料和空氣供入的不同方式， 擴散燃燒可有擴散燃燒可有3 3種形式種形式 a) a) 自由射流擴散燃燒自由射流擴散燃燒b) b) 同軸射流擴散燃燒同軸射流擴散燃燒c) c) 逆向射流擴散燃燒逆向射流擴

54、散燃燒 按照射流的流動狀況可分為按照射流的流動狀況可分為 層流擴散層流擴散燃燒和燃燒和湍流擴散湍流擴散燃燒燃燒 層流擴散燃燒火焰長度與雷諾數(shù)層流擴散燃燒火焰長度與雷諾數(shù)ReRe的關(guān)系的關(guān)系 DqDrwlVf21f1Drwrl1f11對于層流擴散燃燒，可假定對于層流擴散燃燒，可假定D運動粘度運動粘度，則有則有Rerl11可見，擴散燃燒火焰長度隨雷諾數(shù)可見，擴散燃燒火焰長度隨雷諾數(shù)ReRe的增大近似成比例地增大的增大近似成比例地增大 當(dāng)當(dāng)qVf一定時，不論噴口尺寸的大小，火焰長度均相同一定時，不論噴口尺寸的大小，火焰長度均相同 湍流擴散燃燒火焰長度湍流擴散燃燒火焰長度特點特點：在湍流擴散火焰中，燃

55、氣與氧化劑的混合是靠湍流在湍流擴散火焰中，燃?xì)馀c氧化劑的混合是靠湍流 交換效應(yīng)來實現(xiàn)的；交換效應(yīng)來實現(xiàn)的； 混合速度較快，火焰長度必然有所縮短。混合速度較快，火焰長度必然有所縮短。 湍流擴散燃燒的火焰長度湍流擴散燃燒的火焰長度lt：t2tDwrl w 燃?xì)饬魉偃細(xì)饬魉賠 燃燒器噴口半徑燃燒器噴口半徑Dt 平均湍流擴散率平均湍流擴散率 lDtwrl 由于湍流擴散率由于湍流擴散率Dt與湍流強度與湍流強度 和湍流尺度和湍流尺度l l的乘積成正比，即的乘積成正比，即，且 ，rwrwrlwrDwrl22t2tt2tDwrl 可見可見，湍流擴散燃燒的火焰長度與燃?xì)獾牧魉贌o關(guān)，僅與燃，湍流擴散燃燒的火焰長度

56、與燃?xì)獾牧魉贌o關(guān)，僅與燃 燒器噴口的尺寸成正比燒器噴口的尺寸成正比因此，對于湍流擴散燃燒過程，可采用多個小管徑的燃燒器，因此，對于湍流擴散燃燒過程，可采用多個小管徑的燃燒器， 達(dá)到縮短燃燒火焰長度、提高燃燒熱強度的目的達(dá)到縮短燃燒火焰長度、提高燃燒熱強度的目的 火焰穩(wěn)定的原理和方法火焰穩(wěn)定的原理和方法 概述概述 燃燒裝置要求：燃燒裝置要求： 保證燃料順利著火保證燃料順利著火 著火后形成穩(wěn)定火焰，不出現(xiàn)離焰、吹熄、脫火、回火等著火后形成穩(wěn)定火焰，不出現(xiàn)離焰、吹熄、脫火、回火等 問題，具有穩(wěn)定的燃燒過程問題，具有穩(wěn)定的燃燒過程 火焰穩(wěn)定分為兩種火焰穩(wěn)定分為兩種： 低速氣流情況下的火焰穩(wěn)定，包括回火

57、、脫火、吹熄等低速氣流情況下的火焰穩(wěn)定，包括回火、脫火、吹熄等 高速氣流下的火焰穩(wěn)定高速氣流下的火焰穩(wěn)定 采用的主要手段采用的主要手段： 利用引燃火焰或稱利用引燃火焰或稱值班火焰值班火焰，即在主氣流旁引入小股低，即在主氣流旁引入小股低 速氣流，著火后不斷引燃主氣流速氣流，著火后不斷引燃主氣流 利用燃燒裝置利用燃燒裝置形狀變化形狀變化，如偏轉(zhuǎn)射流，如偏轉(zhuǎn)射流( (突然轉(zhuǎn)彎突然轉(zhuǎn)彎) )、壁面、壁面 凹槽、突然擴張等改變氣流方向的方法，形成回流區(qū)凹槽、突然擴張等改變氣流方向的方法，形成回流區(qū) 利用金屬棒利用金屬棒( (絲、環(huán)絲、環(huán)) )，把金屬棒放在火焰上，以，把金屬棒放在火焰上，以改變速改變速

58、度分布度分布，起到穩(wěn)定火焰的作用，起到穩(wěn)定火焰的作用 采用采用穩(wěn)焰旋流器穩(wěn)焰旋流器，利用旋轉(zhuǎn)射流，產(chǎn)生回流區(qū)，利用旋轉(zhuǎn)射流，產(chǎn)生回流區(qū) 利用利用鈍體鈍體，產(chǎn)生回流區(qū)，以穩(wěn)定火焰，產(chǎn)生回流區(qū)，以穩(wěn)定火焰 通常在氣流中人為地產(chǎn)生一個自償性點火源，以滿足氣流通常在氣流中人為地產(chǎn)生一個自償性點火源，以滿足氣流 法向分速法向分速wn等于湍流火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊扔谕牧骰鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣葀T的要求的要求火焰穩(wěn)定的主要方法火焰穩(wěn)定的主要方法 火焰穩(wěn)定的主要方法有火焰穩(wěn)定的主要方法有(除了鈍體穩(wěn)焰器之外)：1. 1. 利用引燃火焰穩(wěn)定利用引燃火焰穩(wěn)定2. 2. 利用旋轉(zhuǎn)射流穩(wěn)定利用旋轉(zhuǎn)射流穩(wěn)定3. 3. 利用反吹射流穩(wěn)定利

59、用反吹射流穩(wěn)定4. 4. 利用不對稱射流穩(wěn)定等利用不對稱射流穩(wěn)定等 小尺度湍流火焰和大尺度湍流火焰小尺度湍流火焰和大尺度湍流火焰 在湍流火焰中，氣流脈動促使氣體微團作不規(guī)則運動，在湍流火焰中，氣流脈動促使氣體微團作不規(guī)則運動，氣體微團的平均尺寸氣體微團的平均尺寸l lT T( (湍流標(biāo)尺湍流標(biāo)尺) )，脈動速度，脈動速度w 湍流火焰模型 a) 小尺度湍流；b) 大尺度弱湍流；c) 大尺度強湍流 L層流火焰前鋒厚度層流火焰前鋒厚度lT L，小尺度湍流火焰小尺度湍流火焰lT L，大尺度湍流火焰大尺度湍流火焰按照湍流強度的不同按照湍流強度的不同： w vL，大尺度弱湍流火焰大尺度弱湍流火焰 w vL

60、，大尺度強湍流火焰大尺度強湍流火焰 按照湍流標(biāo)尺的不同：按照湍流標(biāo)尺的不同：lT L 湍流燃燒火焰特點湍流燃燒火焰特點 第五章第五章 液體燃料燃燒液體燃料燃燒霧化霧化燃燒燃燒 油的燃燒一個油的燃燒一個大密度差大密度差的燃燒的燃燒 油的燃燒經(jīng)過兩個過程油的燃燒經(jīng)過兩個過程 物理過程物理過程 化學(xué)過程化學(xué)過程油束油束霧化霧化無數(shù)個細(xì)小的油霧滴無數(shù)個細(xì)小的油霧滴100m mm 油燃燒是一個復(fù)雜的油燃燒是一個復(fù)雜的物理化學(xué)過程物理化學(xué)過程，由于，由于油沸點低于其燃點，因此油滴總是先蒸發(fā)成氣油沸點低于其燃點，因此油滴總是先蒸發(fā)成氣體，并以氣態(tài)的方式進行燃燒體，并以氣態(tài)的方式進行燃燒n根據(jù)霧化過程和機理的分析可以