第七講液體燃燒演示文稿

第七講液體燃燒演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有143頁\編輯于星期四（優(yōu)選）第七講液體燃燒現(xiàn)在是2頁\一共有143頁\編輯于星期四柴油機擴散燃燒過程的幾個階段滯燃期I：混合、焰前反應(yīng)急燃期II：多點著火燃燒緩燃期III：擴散速度控制后燃期IV：殘余混合氣燃燒，對發(fā)動機性能不利現(xiàn)在是3頁\一共有143頁\編輯于星期四第七章液體燃料的燃燒技術(shù)§7-1液體燃料的霧化§7-2霧化燃燒的過程§7-3燃油噴咀§7-4液體燃料燃燒裝置§7-5液體燃料噴咀的設(shè)計計算現(xiàn)在是4頁\一共有143頁\編輯于星期四第一節(jié)液體燃料的霧化現(xiàn)在是5頁\一共有143頁\編輯于星期四§7-1液體燃料的霧化燃燒方法：液體燃料霧化燃燒經(jīng)歷霧化、蒸發(fā)、混合、著火和燃燒幾個階段。現(xiàn)在是6頁\一共有143頁\編輯于星期四霧化目的：增大液滴的比表面積，加快蒸發(fā)速率。燃燒速率取決于蒸發(fā)速率蒸發(fā)表面積減小滴徑霧化本節(jié)主要包括以下內(nèi)容：一、霧化方法二、霧化機理三、霧化質(zhì)量指標(biāo)§7-1液體燃料的霧化現(xiàn)在是7頁\一共有143頁\編輯于星期四一、霧化方法常用的霧化方法有：1、機械式-壓力式2、氣動式-介質(zhì)式3，其它方法現(xiàn)在是8頁\一共有143頁\編輯于星期四1、機械式霧化利用油壓從噴孔高速噴出，或以旋轉(zhuǎn)方式使油流加強擾動而使油得到霧化。壓力越高，霧化越好，油壓一般為1~5MPa，甚至更高。分直流式、離心式、轉(zhuǎn)杯式三種。利用轉(zhuǎn)杯高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力將油流霧化。轉(zhuǎn)杯速度一般為3000~6000rpm(轉(zhuǎn)/分）現(xiàn)在是9頁\一共有143頁\編輯于星期四現(xiàn)在是10頁\一共有143頁\編輯于星期四2、氣動式-介質(zhì)式利用空氣或蒸汽作為霧化介質(zhì)，將噴出的油流霧化。分高壓、中壓、低壓三種方式。高壓：霧化介質(zhì)壓力在1105pa以上，一般使用蒸汽壓力要高；中壓：霧化介質(zhì)壓力在1

104~1105pa；低壓：霧化介質(zhì)壓力在3

103~1104pa。現(xiàn)在是11頁\一共有143頁\編輯于星期四3、其它方法對沖式：利用兩股高速液體射流互相沖擊，或一股高速射流與金屬板沖擊進行霧化。震動式：利用聲波、超聲波等作用，使液體震動、分裂而霧化。現(xiàn)在是12頁\一共有143頁\編輯于星期四二、霧化過程（機理）是一物理過程，機理很復(fù)雜。主要是油滴受外界空氣動力-外力(包括阻力、拉伸力)和液體燃料內(nèi)力(表面張力和粘性力)相互作用的結(jié)果。外力的作用促使油滴扭曲變形，在紊流作用下，凸出部分會脫離油滴主體，分裂成小油滴。外力包括：油壓形成的向前推進的力、空氣阻力和油粒的重力?，F(xiàn)在是13頁\一共有143頁\編輯于星期四內(nèi)力作用是力圖阻止扭曲變形，使其保持完整性。因此，當(dāng)外力超過內(nèi)力作用時，油滴分裂，一直分裂到各油滴內(nèi)力與外力達到平衡為止。二、霧化過程（機理）現(xiàn)在是14頁\一共有143頁\編輯于星期四現(xiàn)在是15頁\一共有143頁\編輯于星期四霧化的過程實際上就是外力、內(nèi)力逐漸平衡的過程現(xiàn)在是16頁\一共有143頁\編輯于星期四例如離心式機械噴咀噴出的油膜上存在兩組擾動波。第一組沿射流方向發(fā)展，第二組沿切線方向發(fā)展，它與第一組波相垂直，具有橫向運動的特點，這組波力圖把油膜分裂成為由噴咀軸線向外分散的扇形射流，并出現(xiàn)環(huán)圈狀的分裂。這種環(huán)圈是一種不穩(wěn)定的運動形式。在外力作用下，分裂成液滴。隨著相對運動速度的增大，不穩(wěn)定擾動的波長縮短，環(huán)圈厚度變薄，獲得較細的油滴。二、霧化過程（機理）現(xiàn)在是17頁\一共有143頁\編輯于星期四三、霧化質(zhì)量指標(biāo)1、噴霧錐角（霧化角）2、噴霧射程3、燃料的分布特性4、霧化顆粒細度-平均顆粒5、霧化顆粒的均勻度6、霧化顆粒尺寸分布特性現(xiàn)在是18頁\一共有143頁\編輯于星期四1、噴霧錐角（霧化角）噴霧錐角：噴咀出口到噴霧矩外包絡(luò)線的兩條切線之間的夾角，稱為霧化角。條件霧化錐角：以噴口為中心，L為半徑的圓弧與外包絡(luò)線的交點與噴口中心聯(lián)線的夾角。用ij表示?，F(xiàn)在是19頁\一共有143頁\編輯于星期四L=100mm的條件霧化錐角用100表示。噴霧錐角對燃燒的影響：根據(jù)燃燒室大小和混合條件決定。(1)燃料與空氣不易均勻混合時，取大一些這樣便于吸入空氣，改善顆粒細度。1、噴霧錐角（霧化角）現(xiàn)在是20頁\一共有143頁\編輯于星期四問題：過大，燃料會噴射到燃燒室壁面上，造成積灰和結(jié)焦。(2)對小型燃燒室，霧化角不宜過大(500~800)(3)霧化角不宜過小，當(dāng)過小時，中心易產(chǎn)生缺氧，形成熱分解。1、噴霧錐角（霧化角）現(xiàn)在是21頁\一共有143頁\編輯于星期四2、噴霧射程噴霧射程：是指水平方向噴射時，噴射液滴喪失動能時所能到達的平面與噴口之間的距離。(1)霧化角大和霧化很細的噴霧矩，射程短。(2)密集的噴霧矩，射程長?，F(xiàn)在是22頁\一共有143頁\編輯于星期四3、燃料的分布特性燃料的分布特性是指在射流某截面上燃料流量密度沿徑向的變化規(guī)律。流量密度：單位面積和單位時間內(nèi)噴射的油量，g/cm2s、cm3/cm2s。燃料的分布特性與噴咀結(jié)構(gòu)、噴射參數(shù)有關(guān)?，F(xiàn)在是23頁\一共有143頁\編輯于星期四4、霧化顆粒細度霧化顆粒細度表示噴霧液滴粗細的程度，采用平均滴徑概念。常用的平均粒徑有：

(1)索太爾(Sauter)平均直徑(SMD)(2)質(zhì)量中間直徑(MMD)現(xiàn)在是24頁\一共有143頁\編輯于星期四(1)索太爾(Sauter)平均直徑(SMD)按平均直徑ds計算的液滴群的總體積與總表面積的比值，恰好和實際液滴群的總體積與總表面積的比值相等，即：現(xiàn)在是25頁\一共有143頁\編輯于星期四(1)索太爾(Sauter)平均直徑(SMD)現(xiàn)在是26頁\一共有143頁\編輯于星期四(2)質(zhì)量中間直徑(MMD)質(zhì)量中間直徑d0：是一假定直徑，即指大于該直徑的所有油粒的總質(zhì)量等于小于該直徑的所有油粒的總質(zhì)量的液滴直徑。最大直徑：是指R=5%所對應(yīng)的液滴的尺寸。試驗表明，最大滴徑約為中間直徑的兩倍。霧化液滴的直徑，不宜過粗(燒盡時間長，燃燒速度慢)，也不宜過細(穿透力小，形成燃料過濃、過稀區(qū)，燃燒不穩(wěn)定)?，F(xiàn)在是27頁\一共有143頁\編輯于星期四(3)影響油粒平均直徑的影響因素包括：噴嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)、油的性質(zhì)參數(shù)和工況參數(shù)P141。油的性質(zhì)參數(shù)：油溫的影響，T提高可以顯著降低油的粘度，表面張力也有所減少，可以改善霧化質(zhì)量；霧化劑壓力和流量的影響：提高霧化劑壓力，霧化劑噴出速度將提高，相對速度對霧化直徑影響很到，相對速度越大，霧化直徑越小。油壓的影響：油壓決定油的流程速度。使用低壓霧化劑時時，油壓不宜太高，否則油流會穿過霧化劑，得不到良好的霧化。高壓霧化劑時，油壓不宜太低，否則會封嘴。對于采用機械式霧化，油壓越大，霧化后顆粒的平均直徑越小?，F(xiàn)在是28頁\一共有143頁\編輯于星期四(3)影響油粒平均直徑的影響因素包括：噴嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)、油的性質(zhì)參數(shù)和工況參數(shù)P141。噴嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)：燒嘴結(jié)構(gòu)對霧化質(zhì)量影響很大，主要包括：霧化劑和油的出口斷面；霧化劑和油的交角；旋轉(zhuǎn)角度；霧化劑和油相遇位置等?，F(xiàn)在是29頁\一共有143頁\編輯于星期四5、霧化顆粒的均勻度霧化顆粒的均勻度：指霧化后液滴顆粒尺寸的均勻程度。液滴間尺寸差別越小，霧化顆粒均勻度越好。霧化顆粒越均勻越好?，F(xiàn)在是30頁\一共有143頁\編輯于星期四6、霧化顆粒尺寸分布特性霧化顆粒尺寸分布特性描述液滴直徑的分布情況。一般是指某一滴徑的液滴數(shù)量或質(zhì)量占總液滴數(shù)量或質(zhì)量的百分比，可用數(shù)學(xué)表達式來描述。常用的有：

Rosin-Rammler(羅辛-朗姆勒）公式現(xiàn)在是31頁\一共有143頁\編輯于星期四6、霧化顆粒尺寸分布特性

現(xiàn)在是32頁\一共有143頁\編輯于星期四6、霧化顆粒尺寸分布特性現(xiàn)在是33頁\一共有143頁\編輯于星期四6、霧化顆粒尺寸分布特性(4)當(dāng)一定時，h越大，表明噴霧越均勻。(5)實際的尺寸分布與R-R關(guān)系有一定的差距：按R-R關(guān)系，，但實際現(xiàn)在是34頁\一共有143頁\編輯于星期四第二節(jié)霧化燃燒的過程現(xiàn)在是35頁\一共有143頁\編輯于星期四§7-2霧化燃燒的過程在工程上，液體燃料的燃燒廣泛采用霧化燃燒。本節(jié)主要介紹以下內(nèi)容：一、霧化燃燒過程的組織二、低質(zhì)燃料油(渣油，重油)的燃燒三、乳化燃燒現(xiàn)在是36頁\一共有143頁\編輯于星期四霧化燃燒經(jīng)過霧化，蒸發(fā)，熱解和裂化、混合，著火和燃燒等幾個階段。一、霧化燃燒過程的組織現(xiàn)在是37頁\一共有143頁\編輯于星期四一、霧化燃燒過程的組織現(xiàn)在是38頁\一共有143頁\編輯于星期四穩(wěn)定、高效霧化燃燒的條件(主要是控制霧化和混合過程)：1、保證霧化質(zhì)量良好2、油霧與空氣混合好霧化應(yīng)看作燃燒的先決條件，混合過程也同樣重要。

穩(wěn)定和強化重油燃燒的三個基本途徑：①改善霧化質(zhì)量；②供給適量的空氣，強化空氣與油霧的混合；③保證點化區(qū)域和燃燒室的高溫。一、霧化燃燒過程的組織現(xiàn)在是39頁\一共有143頁\編輯于星期四1、保證霧化質(zhì)量良好要保證霧化質(zhì)量，必須使霧化顆粒度小，均度好。霧化好蒸發(fā)速率燃燒速率影響霧化質(zhì)量的因素：(1)、噴咀結(jié)構(gòu)(2)、噴油壓降(3)、油的物理性質(zhì)(4)、霧化介質(zhì)的物理性質(zhì)現(xiàn)在是40頁\一共有143頁\編輯于星期四(1)、噴咀結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)參數(shù)、型式及加工質(zhì)量對霧化質(zhì)量影響很大。如對離心式機械噴咀，油離開噴嘴時切向速度和徑向速度的比值大小對霧化質(zhì)量有決定性的影響。切向速度增大，噴霧錐角增大，射程縮短，卷吸的空氣量大，霧化顆粒細度較小。現(xiàn)在是41頁\一共有143頁\編輯于星期四(2)、噴油壓降提高噴嘴前后壓差，可以提高噴油速度，增大噴油量。對離心機械噴咀，油壓越高，霧化越細。油壓增加，噴霧錐角增大，但油壓也不能過高，否則噴霧錐角反而略有下降。使用低壓霧化劑時時，油壓不宜太高，否則油流會穿過霧化劑，得不到良好的霧化。高壓霧化劑時，油壓不宜太低，否則會封嘴?，F(xiàn)在是42頁\一共有143頁\編輯于星期四(3)、油的物理性質(zhì)影響霧化質(zhì)量的油的物理性質(zhì)主要是粘度和表面張力。粘度影響最大。提高溫度，可以降低粘度和表面張力（降低不大），使霧化質(zhì)量提高。對離心式機械噴嘴：霧化初始段黏度影響起決定作用；霧化中期，表面張力起主要作用；霧化后期，黏度和表面張力同時起作用?，F(xiàn)在是43頁\一共有143頁\編輯于星期四(4)、霧化介質(zhì)的物理性質(zhì)對采用霧化介質(zhì)的噴嘴，霧化介質(zhì)的噴出速度、溫度和流量對霧化質(zhì)量有影響。霧化介質(zhì)的流速越高，霧化介質(zhì)和油流的相對速度越大，霧化越細。增大霧化介質(zhì)流量，霧化質(zhì)量變好?，F(xiàn)在是44頁\一共有143頁\編輯于星期四2、油霧與空氣混合好每千克重油燃燒需要大約10m3以上的空氣，需求量大。霧化后油滴或油霧與空氣的混合對霧化燃燒有非常重要的影響。合理地組織空氣流動，加強油霧與空氣的混合過程是強化霧化燃燒，以及提高燃燒完全度的一個關(guān)鍵。如果混合速度慢，則火焰拉長，且容易形成不完全燃燒產(chǎn)物?，F(xiàn)在是45頁\一共有143頁\編輯于星期四現(xiàn)在是46頁\一共有143頁\編輯于星期四霧化燃燒時空氣組織的基本原則(1)早期混合要強烈(2)有一個合適的回流區(qū)(3)加強后期混合(4)合理組織空氣(5)燃燒空間有較高的溫度水平現(xiàn)在是47頁\一共有143頁\編輯于星期四(1)、早期混合要強烈由于油霧在缺氧、高溫情況下，會發(fā)生熱分解，生成難燃的炭黑。因此，在噴嘴出口到著火之前必須有一部分空氣與油霧先混合，而且混合速度要盡可能快。同時要注意空氣流和油霧流的擴散角的配合?，F(xiàn)在是48頁\一共有143頁\編輯于星期四(2)、有一個合適的回流區(qū)回流區(qū)的大小和位置對著火燃燒有影響，回流區(qū)過大，易燒壞噴咀，且不利早期混合，使燃燒惡化；回流區(qū)過小，或位置太后，則會推遲著火，火焰拉長，增大不完全燃燒損失。通常用旋轉(zhuǎn)射流或鈍體來穩(wěn)定火焰?，F(xiàn)在是49頁\一共有143頁\編輯于星期四(3)、加強后期混合由于離開噴嘴的油霧分布不均勻，在油滴集中處易缺氧，產(chǎn)生不完全燃燒產(chǎn)物。為了使未完全燃燒產(chǎn)物在爐內(nèi)完全燃燒，需要加強油滴和空氣的混合，因此，應(yīng)很好的組織空氣射流，加強后期混合。一般用提高二次風(fēng)速度可加強后期混合?，F(xiàn)在是50頁\一共有143頁\編輯于星期四(4)、合理組織空氣空氣流的組織一般通過調(diào)風(fēng)器來實現(xiàn)。調(diào)風(fēng)器主要由穩(wěn)焰器和調(diào)風(fēng)器葉片構(gòu)成，穩(wěn)焰器的作用是穩(wěn)定火焰防止火焰吹脫。穩(wěn)焰器有旋流器型和穩(wěn)焰板型兩大類。調(diào)風(fēng)器葉片有固定式和可變式兩種?，F(xiàn)在是51頁\一共有143頁\編輯于星期四(4)、合理組織空氣現(xiàn)在是52頁\一共有143頁\編輯于星期四(5)、燃燒空間有較高的溫度水平保持燃燒空間有較高的溫度水平，以保證著火穩(wěn)定和燃燒完全現(xiàn)在是53頁\一共有143頁\編輯于星期四二、低質(zhì)燃料油的燃燒低質(zhì)燃料油燃燒的一些問題解決低質(zhì)燃料油燃燒問題的措施現(xiàn)在是54頁\一共有143頁\編輯于星期四低質(zhì)燃料油燃燒的一些問題低質(zhì)燃料油(重油、渣油)分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，粘度大，沸點高，揮發(fā)性差，因此，其燃燒存在一些問題：1、生成不完全燃燒產(chǎn)物2、噴咀積炭3、結(jié)垢4、腐蝕現(xiàn)在是55頁\一共有143頁\編輯于星期四1、生成不完全燃燒產(chǎn)物不完全燃燒產(chǎn)物主要是碳黑，還會產(chǎn)生積灰、結(jié)焦。(1)渣油屬高分子碳氫化合物，在高溫缺氧條件下，發(fā)生熱解，生成不易燃盡的碳黑，常常冒黑煙。(2)渣油粘度大，霧化質(zhì)量差，油滴大不易燒盡，并積存在壁面上，形成積炭、結(jié)焦?，F(xiàn)在是56頁\一共有143頁\編輯于星期四2、噴咀積炭噴咀出口處積炭，結(jié)焦使燃料和氣流受阻，噴霧質(zhì)量變壞，在氣流沖刷作用下會造成周期性的積炭，脫落及生長。現(xiàn)在是57頁\一共有143頁\編輯于星期四3、結(jié)垢渣油中含有各種金屬元素，在燃燒過程它們形成金屬氧化物，低熔點的灰分容易粘結(jié)在受熱面上形成結(jié)垢?，F(xiàn)在是58頁\一共有143頁\編輯于星期四4、腐蝕由于渣油中含有較多的S，燃燒時形成SO2引起低溫腐蝕。如果在金屬壁面上產(chǎn)生結(jié)垢，能起到一種電解質(zhì)的作用，造成電化學(xué)腐蝕。這種腐蝕逐漸使金屬表面熔掉，這就是所謂的高溫腐蝕?，F(xiàn)在是59頁\一共有143頁\編輯于星期四解決低質(zhì)燃料油燃燒問題的措施燃燒低質(zhì)油時，在燃燒技術(shù)上可采用下列措施：(1)、預(yù)熱渣油或重油：降低粘度，提高霧化質(zhì)量；(2)、過濾渣油中的機械雜質(zhì)，防止堵塞噴咀或結(jié)垢；(3)、用軟水清洗燃油或添加腐蝕阻化劑，清除Na、S、V等元素，防止結(jié)構(gòu)和腐蝕；現(xiàn)在是60頁\一共有143頁\編輯于星期四解決低質(zhì)燃料油燃燒問題的措施(4)、選用適宜于低負荷運行的燒咀a.如采用回油式機械噴咀，空氣出口可調(diào)式低壓噴咀。b.選擇合適的霧化角。c.選用優(yōu)質(zhì)材料制造噴咀。d.選擇合適的配風(fēng)系統(tǒng)，控制回流區(qū)的大小?，F(xiàn)在是61頁\一共有143頁\編輯于星期四三、乳化燃燒乳化燃燒在燃燒機理上有以下三個特點:1、產(chǎn)生二次霧化2、減少碳黑的生成和NOx的排放3、防暴性好現(xiàn)在是62頁\一共有143頁\編輯于星期四1、產(chǎn)生二次霧化乳化油的霧化液滴大多數(shù)是油包水型。油滴直徑大多是50~150m，其中水珠直徑約2~5m

，所以一個油滴內(nèi)有多個水珠，并均勻分布在油滴內(nèi)。在高溫環(huán)境下油中的水氣化，使油滴膨脹。當(dāng)水蒸氣壓力大于油膜的表面張力時，油膜會爆破。使大油滴變成小油滴。這種現(xiàn)象稱為二次霧化。二次霧化后的油滴更小(<15m)，易于燃盡?，F(xiàn)在是63頁\一共有143頁\編輯于星期四2、減少碳黑的生成和NOx的排放二次霧化使油滴細化，促進了油霧與空氣的混合，強化燃燒，減少碳黑的生成。此外由于水蒸氣含量的增大，有利于碳黑的水煤氣反應(yīng)：現(xiàn)在是64頁\一共有143頁\編輯于星期四2、減少碳黑的生成和NOx的排放實驗證明，摻水率為8~15%，乳化燃料燃燒可節(jié)約燃油6~%。使用乳化燃料燃燒，可減少烴類、固體碳粒90~95%，煙塵減少72%。由于二次霧化使油與空氣混合均勻，避免局部高溫，NOx排放量可大幅度降低(50~75%)。現(xiàn)在是65頁\一共有143頁\編輯于星期四3、防暴性好乳化油的火焰上傳播速度有所降低。爆炸界限下限有所提高，因而安全性提高?，F(xiàn)在是66頁\一共有143頁\編輯于星期四第三節(jié)霧化燃燒模型現(xiàn)在是67頁\一共有143頁\編輯于星期四液霧燃燒是受很多物理及化學(xué)因素影響的復(fù)雜的綜臺現(xiàn)象。但并不等于一些單元過程的簡單相加，因為這些基元過程之間會產(chǎn)生相互作用。在探討兩相燃燒的綜合現(xiàn)象時，必須弄清各基元過程間的相互作用以及在任何種條件下哪個基元過程起主導(dǎo)作用。我們這里只討論簡單幾何條件下兩相流燃燒最基本的規(guī)律。一、基本情況

現(xiàn)在是68頁\一共有143頁\編輯于星期四一、基本情況

根據(jù)實驗觀察結(jié)果，有關(guān)文獻認為液霧燃燒可能存在以下幾種模型：(1)

預(yù)蒸發(fā)型氣體燃燒。例如當(dāng)進口空氣溫度較高，噴嘴離穩(wěn)定區(qū)距離較遠，液霧較細，就接近于這種婁型的燃燒。（類似于氣體湍流燃燒。蒸發(fā)對火焰長度影響不大

）?，F(xiàn)在是69頁\一共有143頁\編輯于星期四根據(jù)實驗觀察結(jié)果，有關(guān)文獻認為液霧燃燒可能存在以下幾種模型：(2)滴群擴散燃燒。當(dāng)進口空氣溫度較低，液霧不太細(或揮發(fā)性較差)，到達燃燒區(qū)前蒸發(fā)量很少，則形成滴群擴散燃燒。如沖壓發(fā)動機和火箭發(fā)動機燃燒室中就接近滴群擴散燃燒。燃燒與蒸發(fā)幾乎同步，燕發(fā)是強化燃燒和控制火焰長度的關(guān)鍵因素，而化學(xué)動力學(xué)因素不起什么作用。

一、基本情況

現(xiàn)在是70頁\一共有143頁\編輯于星期四(3)復(fù)合燃燒。液霧中較細的滴在燃燒區(qū)前方預(yù)先蒸發(fā)掉，形成一定預(yù)混程度的氣體火焰，而比較粗的滴到達燃燒區(qū)時尚術(shù)蒸發(fā)完畢，繼續(xù)進行滴群擴散燃燒。(4)部分預(yù)蒸發(fā)氣體燃燒加上液滴蒸發(fā)。這時一部分小滴已經(jīng)蒸發(fā)完畢，而有一部分液滴進入火焰區(qū)時其直徑已過小而著不了火，只能蒸發(fā)，這時沒有滴群擴散火焙，只有滴間空間中部分預(yù)混的氣體火焰。在這兩種情況，蒸發(fā)因素、湍流因素、反應(yīng)動力學(xué)因素都將起作用。一、基本情況

現(xiàn)在是71頁\一共有143頁\編輯于星期四二、單個油滴的蒸發(fā)與燃燒研究單個油滴蒸發(fā)與燃燒的原因：噴霧燃燒涉及到很多油滴同時發(fā)生熱量、質(zhì)量、動量交換以及化學(xué)變化，過程太復(fù)雜，而單個油滴則是其基礎(chǔ)，如果知道單個油滴的噴霧與燃燒，同時知道噴霧中油滴群的尺寸、個數(shù)、速度的時空分布，則噴霧與燃燒過程很容易得到解析解。單個油滴蒸發(fā)與燃燒的理想化：理想的擴散燃燒過程，以無限薄的燃燒火焰面為界面，將燃料與氧化劑分開。假設(shè)單個油滴的蒸發(fā)面為壁面，外界熱空氣中沒有燃料，燃料中無空氣：很明顯，燃料的蒸發(fā)與燃料的類別、介質(zhì)溫度與成分、油滴的初試尺寸有關(guān)。現(xiàn)在是72頁\一共有143頁\編輯于星期四二、單個油滴的蒸發(fā)與燃燒穩(wěn)定蒸發(fā)時，液相內(nèi)溫度與組分分布一定：TR為常數(shù)，液相源區(qū)YFR=1氣相區(qū)無窮遠處燃料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)YF∞=0為求解蒸發(fā)速度，必須知道液相及氣相的溫度與組分分布。求解原理：組分守恒＋能量守恒現(xiàn)在是73頁\一共有143頁\編輯于星期四二、單個油滴的蒸發(fā)與燃燒單個油滴的蒸發(fā)過程為Stefen流問題（條件：存在擴散過程及物理化學(xué)過程）溫差（T∞

－TW）引起熱傳遞（溫度較低的液體進入穩(wěn)定較高的空氣）濃度差（YFR-YF）引起質(zhì)量擴散

假設(shè)油滴為對稱的旋轉(zhuǎn)球體，可以得到穩(wěn)定、定物性的能量方程及組分方程現(xiàn)在是74頁\一共有143頁\編輯于星期四二、單個油滴的蒸發(fā)與燃燒上述兩個方程、三個未知數(shù)，需要補充方程求解。求解思路：首先找出傳質(zhì)速度W//的表達式。求解傳質(zhì)數(shù)的思路是：液體燃料流出的總熱量與導(dǎo)入表面的熱通量相等。現(xiàn)在是75頁\一共有143頁\編輯于星期四二、單個油滴的蒸發(fā)與燃燒在壁面處（r=R），蒸發(fā)單位質(zhì)量的燃料蒸氣所需吸入熱量聯(lián)解可得：液滴蒸發(fā)速率w，進而可計算油滴壽命等?，F(xiàn)在是76頁\一共有143頁\編輯于星期四(1)一維滴群擴散燃燒(Port模型)。Port的一維滴群擴散燃燒模型是，認為滴群燃燒是以單液滴擴散燃燒進行的．但考慮滴徑分布的不均勻性，忽略滴與氣體的相對速度變化，并假定w=u=const及忽略液滴的預(yù)熱升溫過程。主要用以計算燃燒完全度(2)一維滴群擴散燃燒(Spalding、Priem模型)。Spalding、Priem等研究者提出了類似的模型，主要用來估算液體火箭發(fā)動機燃燒室中燃燒完全度和燃燒室的長度。這類模型可以同時考慮液滴尺寸分布的不均勻性，液滴的加速及其預(yù)熱升溫。模型基本假定是；(1)燃燒室中或液火焰是等溫的。(2)忽略滴的擴散。(3)液滴按直徑分組。(4)液滴溫度是逐步升高的。三、滴群模型

現(xiàn)在是77頁\一共有143頁\編輯于星期四(3)夜霧兩相燃燒的多維模型。一維模型簡化分析都是以單滴的運動(軌道)和蒸發(fā)為基礎(chǔ)進行的一維分析，對流場作了簡化，忽略了兩相之向的耦合作用。實際燃燒室中的液霧燃燒發(fā)生于氣相流動，液相流動及氣相燃料濃度場都不均勻的情況下。因此，近年來發(fā)展了更為完善的液霧燃燒的理論分析方法，采用有關(guān)湍流，蒸發(fā)、滴擴散等數(shù)學(xué)模型，然后用數(shù)值法解聯(lián)立偏散分方程組來計算液霧燃燒的各種特性。例如斯泊爾汀，的“無滑移”模型認為液滴與氣流無相對運動但有擴散，把液滴看作連續(xù)介質(zhì)中的一種成分，從而寫出其與氣相組份相類似的液滴滴濃度的守恒方程。三、滴群模型

現(xiàn)在是78頁\一共有143頁\編輯于星期四第四節(jié)燃油噴咀現(xiàn)在是79頁\一共有143頁\編輯于星期四§7-4燃油噴咀噴咀俗稱噴霧器或化霧器,其作用為:(1).霧化燃料油；(2).按要求的噴霧錐角和燃料分布特性送入爐內(nèi)。燃油噴咀主要有以下幾類：一、機械式噴咀二、氣動式噴咀三、旋轉(zhuǎn)式噴咀現(xiàn)在是80頁\一共有143頁\編輯于星期四機械式噴咀利用液體燃料的壓力達到霧化的目的，又稱壓力式噴咀。噴油壓力：工業(yè)爐、鍋爐2~3.5MPa；燃氣輪機5~8MPa；柴油機15~30MPa；航空發(fā)動機高達100MPa。原理：壓力油經(jīng)分流片以速度wqx切向進入旋流片，在旋流室形成旋轉(zhuǎn)運動后，以徑向速度wjx和軸向速度wzx從噴口高速流出。噴出的油在離心力的作用下甩開、霧化。一、機械式噴咀現(xiàn)在是81頁\一共有143頁\編輯于星期四一、機械式噴咀現(xiàn)在是82頁\一共有143頁\編輯于星期四一、機械式噴咀現(xiàn)在是83頁\一共有143頁\編輯于星期四一、機械式噴咀現(xiàn)在是84頁\一共有143頁\編輯于星期四一、機械式噴咀現(xiàn)在是85頁\一共有143頁\編輯于星期四一、機械式噴咀現(xiàn)在是86頁\一共有143頁\編輯于星期四1.噴咀出口的切向速度:一、機械式噴咀現(xiàn)在是87頁\一共有143頁\編輯于星期四2.噴咀出口的軸向速度分布:一、機械式噴咀現(xiàn)在是88頁\一共有143頁\編輯于星期四3.噴油量的確定:一、機械式噴咀現(xiàn)在是89頁\一共有143頁\編輯于星期四經(jīng)整理后的油流量可按下式計算：一、機械式噴咀現(xiàn)在是90頁\一共有143頁\編輯于星期四一、機械式噴咀現(xiàn)在是91頁\一共有143頁\編輯于星期四一、機械式噴咀現(xiàn)在是92頁\一共有143頁\編輯于星期四4.噴霧錐角的確定一、機械式噴咀現(xiàn)在是93頁\一共有143頁\編輯于星期四5.修正:一、機械式噴咀現(xiàn)在是94頁\一共有143頁\編輯于星期四一、機械式噴咀現(xiàn)在是95頁\一共有143頁\編輯于星期四調(diào)節(jié)能力有限,適用于負荷比較穩(wěn)定的場合。為了擴大噴咀的調(diào)節(jié)幅度，可以利用機械式回油噴咀。回油方式分為內(nèi)回油和外回油兩種。回油噴咀的結(jié)構(gòu)特點是：在旋流室的后面開了一個通道，使油回流。低負荷時，在壓力和總流量不變情況下，用增加回流量的方法可達到減少噴油量的目的。因此回油量噴咀調(diào)節(jié)比大。一、機械式噴咀現(xiàn)在是96頁\一共有143頁\編輯于星期四缺點：1、噴咀工作特性受回油流道阻力特性變化影響。2、增大油泵能耗。3、用渣油時要預(yù)熱，而回油則送回儲油罐，使儲油罐的溫度升高。因此要防止自燃。4、不宜使用容易形成析碳的熱裂化渣油，一、機械式噴咀現(xiàn)在是97頁\一共有143頁\編輯于星期四否則回油通道會被析碳堵塞。5、高負荷時噴霧錐角減小，易把大量油噴到缺氧區(qū)。一、機械式噴咀現(xiàn)在是98頁\一共有143頁\編輯于星期四一、機械式噴咀其它形式的機械噴咀：（1）雙油路雙噴咀機械離心噴咀：通過控制主、副油管的主副噴咀來控制調(diào)節(jié)比，高負荷時投入主噴咀，低負荷時投入副噴咀。（2）針形閥離心噴咀：通過移動針形閥，改變噴口有效截面來調(diào)節(jié)負荷?，F(xiàn)在是99頁\一共有143頁\編輯于星期四機械式離心噴咀的共同優(yōu)點：1、機構(gòu)簡單、緊湊。2、操作方便，不需要霧化介質(zhì)。3、空氣預(yù)熱溫度不受限制。4、噪音小。缺點：1、加工精度要求高。2、小容量噴咀易積碳堵塞。一、機械式噴咀現(xiàn)在是100頁\一共有143頁\編輯于星期四3、霧化細度受油壓影響。機械式噴咀廣泛應(yīng)用于柴油機、燃汽輪機燃燒室，也適用于鍋爐和回轉(zhuǎn)窯等大型爐子。一、機械式噴咀現(xiàn)在是101頁\一共有143頁\編輯于星期四二、氣動式噴咀這種噴咀利用空氣或蒸汽作為霧化介質(zhì)，將其壓力能轉(zhuǎn)化為高速氣流，使油流噴散成霧化炬。按霧化介質(zhì)的壓力可分為：1、低壓噴咀2、高壓噴咀現(xiàn)在是102頁\一共有143頁\編輯于星期四1、低壓噴咀低壓噴咀適用于中、小型工業(yè)窯爐或工業(yè)鍋爐。以空氣作為霧化介質(zhì)，空氣壓力為300~1200mmH2O柱。由于壓力低，霧化介質(zhì)消耗量大，約為理論空氣量的50~100%。優(yōu)點：(1)混合好，燃燒速度快，火焰短；(霧化介質(zhì)流量大)(2)小(一般

=1.10~1.15)，理論燃燒溫度高現(xiàn)在是103頁\一共有143頁\編輯于星期四1、低壓噴咀(3)燃燒噪音小，霧化費用低。缺點：(1)霧化介質(zhì)壓力低，單噴咀容量小(150~300Kg/h)。否則，不易保證霧化質(zhì)量；(2)空氣預(yù)熱溫度不宜太高，否則易產(chǎn)生熱裂反應(yīng)，形成碳黑堵塞油管；tk<300℃(3)調(diào)節(jié)比小?，F(xiàn)在是104頁\一共有143頁\編輯于星期四1、低壓噴咀低壓噴咀的油壓一般為0.02~0.15MPa，若油壓太高，則:(1)油流速度太快,穿透霧化介質(zhì)，霧化不好。(2)在噴油量不便的情況下，油噴口截面小,易堵塞。為了在低負荷時保證霧化質(zhì)量,空氣噴口截面做成可調(diào)的?，F(xiàn)在是105頁\一共有143頁\編輯于星期四1、低壓噴咀按結(jié)構(gòu)低壓噴咀分為直流式、旋轉(zhuǎn)式；單級、多級噴咀。為了提高霧化和混合質(zhì)量，可以采用多級噴咀，即把空氣分為多股，與油流混合。低壓噴咀霧化介質(zhì)消耗量的計算：現(xiàn)在是106頁\一共有143頁\編輯于星期四1、低壓噴咀現(xiàn)在是107頁\一共有143頁\編輯于星期四2、高壓噴咀高壓噴咀用于大型爐子。霧化介質(zhì)：壓縮空氣（0.3~0.7MPa)或蒸汽(0.3~1.0MPa)、氧氣或高壓煤氣。高壓噴咀的優(yōu)點高壓噴咀的缺點高壓噴咀的分類現(xiàn)在是108頁\一共有143頁\編輯于星期四高壓噴咀的優(yōu)點與低壓噴咀相比，其優(yōu)點為:(1)采用較高的蒸汽過熱度及空氣預(yù)熱溫度:用量小。對油管加熱影響不大，不發(fā)生熱裂反應(yīng)。(2)單個高壓噴咀容量大，可達幾千公斤/小時；(3)調(diào)節(jié)比大，達4~5，甚至10?，F(xiàn)在是109頁\一共有143頁\編輯于星期四高壓噴咀的缺點(1)噪音大：霧化介質(zhì)噴出速度接近音速。(2)霧化條件、混合條件差，火焰長，霧化介質(zhì)用量少(2~10%)(3)用蒸汽作為空氣介質(zhì)時，會將降低理論燃燒溫度?，F(xiàn)在是110頁\一共有143頁\編輯于星期四高壓噴咀的分類按高壓噴咀結(jié)構(gòu)可分為：現(xiàn)在是111頁\一共有143頁\編輯于星期四外混式噴咀外混式噴咀的油噴口與霧化介質(zhì)噴口基本上在同一橫截面上。油流和霧化介質(zhì)在噴口外相遇霧化。其特點是邊霧化、邊混合，邊燃燒，火焰較長。由于噴咀暴露在高溫燃燒室，因此易積碳堵塞?，F(xiàn)在是112頁\一共有143頁\編輯于星期四內(nèi)混式噴咀內(nèi)混式噴咀將霧化介質(zhì)和油流在混合室內(nèi)混合成油氣乳狀液。然后噴出，進一步霧化成油滴。為了改善霧化質(zhì)量，可采用多噴口的噴咀(如Y形噴咀)。其特點是混合好，霧化好，油滴平均直徑為50m。調(diào)節(jié)比大，可達6~10。霧化蒸汽量少，僅為普通蒸汽噴咀的四分之一。缺點是易堵塞、有噪音?，F(xiàn)在是113頁\一共有143頁\編輯于星期四內(nèi)混式噴咀圖現(xiàn)在是114頁\一共有143頁\編輯于星期四多級噴咀為了提高霧化質(zhì)量和混合質(zhì)量，還可采用多級噴咀。如高壓拉伐爾式雙級噴咀。其一級霧化采用拉伐爾管，可以利用高壓氣體的能量。拉伐爾管后的擴張收縮管可使油滴分布速度均勻。現(xiàn)在是115頁\一共有143頁\編輯于星期四三、旋轉(zhuǎn)式噴咀旋轉(zhuǎn)式噴咀把油供給旋轉(zhuǎn)體，借助于離心力以及周圍的空氣動力使油霧化。旋轉(zhuǎn)體型噴咀使油在旋轉(zhuǎn)體表面形成油膜，進而霧化成液滴?，F(xiàn)在是116頁\一共有143頁\編輯于星期四三、旋轉(zhuǎn)式噴咀旋轉(zhuǎn)式噴咀的特點是：(1)結(jié)構(gòu)簡單：如小于250kg/h的噴咀不要風(fēng)機和風(fēng)管系統(tǒng)，不要高壓油源。(2)霧化特性良好，平均粒度45~50m，均勻度好。(3)流量密度均勻，噴霧錐角大(60~800)。(4)火焰短而粗，火焰是旋轉(zhuǎn)的，有利于爐內(nèi)傳熱。現(xiàn)在是117頁\一共有143頁\編輯于星期四三、旋轉(zhuǎn)式噴咀(5)燃料適應(yīng)性好，對不同爐子適應(yīng)性也好。(6)出油孔較大，不易堵塞。(7)調(diào)節(jié)比大，一般4~5。(8)缺點是噪音大、振動大。現(xiàn)在是118頁\一共有143頁\編輯于星期四三、旋轉(zhuǎn)式噴咀下面介紹兩種旋轉(zhuǎn)式噴咀：1、轉(zhuǎn)杯式噴咀2、轉(zhuǎn)板式噴咀現(xiàn)在是119頁\一共有143頁\編輯于星期四1、轉(zhuǎn)杯式噴咀如圖，轉(zhuǎn)杯高速旋轉(zhuǎn)，油從空軸流入轉(zhuǎn)杯內(nèi)壁，在離心力作用下，轉(zhuǎn)杯內(nèi)形成油膜。由于油流運動路程長，油膜逐漸減薄，直至霧化形成細粒脫離杯口。這是第一次霧化。細油粒脫離杯口后，與油流旋轉(zhuǎn)方向相反的一次風(fēng)相遇，在一次風(fēng)的沖擊下，細小的油粒再次霧化。通常要求一次風(fēng)速大于油粒的旋轉(zhuǎn)速度，一般取50~100m/s。現(xiàn)在是120頁\一共有143頁\編輯于星期四現(xiàn)在是121頁\一共有143頁\編輯于星期四1、轉(zhuǎn)杯式噴咀采用轉(zhuǎn)杯式噴咀燃燒重油時，轉(zhuǎn)杯內(nèi)表面易積碳。這是因為燃燒停止后，殘留在空軸內(nèi)的油落入杯內(nèi)，在爐內(nèi)輻射烘烤下所形成的。現(xiàn)在是122頁\一共有143頁\編輯于星期四2、轉(zhuǎn)板式噴咀向轉(zhuǎn)板中心噴出的油，借助油和轉(zhuǎn)板之間的摩擦以及離心力作用，展延成薄的油膜，在轉(zhuǎn)板上鋪展開來。在轉(zhuǎn)板周圍開有齒形缺口，空氣從轉(zhuǎn)板四周的齒形缺口和轉(zhuǎn)板邊緣的環(huán)狀縫隙以高速噴出，與具有離心力的油膜相碰撞，油膜破裂、霧化，并與空氣均勻混合?，F(xiàn)在是123頁\一共有143頁\編輯于星期四第五節(jié)液體燃料燃燒裝置現(xiàn)在是124頁\一共有143頁\編輯于星期四§7-4液體燃料燃燒裝置液體燃料燃燒裝置主要由噴咀(噴射器、油槍)和調(diào)風(fēng)器組成。此外，有點火及調(diào)節(jié)裝置等輔助部件。如圖為燃燒重油的燃燒裝置。利用簡單的離心式噴咀。噴頭處裝有穩(wěn)焰板。調(diào)風(fēng)器為徑向可調(diào)葉片旋流器。通過改變?nèi)~片角度可以調(diào)節(jié)空氣量及其旋轉(zhuǎn)強度，空氣由供風(fēng)箱供給。在主噴咀旁裝有點火噴咀?，F(xiàn)在是125頁\一共有143頁\編輯于星期四§7-4液體燃料燃燒裝置在燃燒重油的大型鍋爐上常使用回油式機械噴咀，在噴咀旁設(shè)有點火設(shè)備，噴咀外有冷卻套管。調(diào)風(fēng)器為軸向葉片式旋流器。穩(wěn)焰器為軸向葉片式旋流器。改變穩(wěn)焰器葉片軸向位置可以調(diào)節(jié)一次風(fēng)旋流度。一次風(fēng)量由風(fēng)門來控制。二次風(fēng)經(jīng)軸向旋流器8后旋轉(zhuǎn)進入爐內(nèi)，二次風(fēng)旋轉(zhuǎn)方向與一次風(fēng)的相同。二次風(fēng)軸向旋流器套在一次風(fēng)管外面，有操縱機構(gòu)帶動，沿軸向作前后運動，以改變二次風(fēng)的旋流度?，F(xiàn)在是126頁\一共有143頁\編輯于星期四第五節(jié)液體燃料噴咀的設(shè)計計算現(xiàn)在是127頁\一共有143頁\編輯于星期四§7-5液體燃料噴咀的設(shè)計計算噴咀的計算分設(shè)計計算和校核計算，主要的目的是確定噴咀的主要尺寸。下面介紹單級離心式機械噴咀和氣動式噴咀的設(shè)計計算方法。一、機械式噴咀設(shè)計計算二、氣動式噴咀設(shè)計計算現(xiàn)在是128頁\一共有143頁\編輯于星期四一、機械式噴咀設(shè)計計算根據(jù)噴咀最大噴油量B，最大噴油壓降⊿p及噴霧錐角來確定霧化片及旋流片的主要尺寸。1、霧化片計算2、旋流片計算現(xiàn)在是129頁\一共有143頁\編輯于星期四1、霧化片計算(1)噴咀幾何特性系數(shù)A。根據(jù)試驗，合理選擇噴霧錐角。根據(jù)公式()和()計算充滿度系數(shù)和幾何特性系數(shù)A，或根據(jù)通過查圖得到和A。(2)噴口直徑dp。由式()可求得噴口截面積，從而求得噴口直徑。即現(xiàn)在是130頁\一共有143頁\編輯于