燃燒學(xué) 第五章 氣體燃料的燃燒

燃燒學(xué)第5章氣體燃料的燃燒本章內(nèi)容綜述一、自燃的分類二、絕熱條件下的自燃過(guò)程可燃?xì)怏w混合物在反響過(guò)程中的釋熱率〔產(chǎn)熱率〕可用下式表示式中：QI——燃燒過(guò)程的釋熱率，kJ/(s·m3)Q1——單位摩爾數(shù)燃料的燃燒熱，kJ/molv——燃燒的化學(xué)反響速度，mol/(s·m3)C——反響物濃度，mol/m3t——反響時(shí)間，s二、絕熱條件下的自燃過(guò)程穩(wěn)定條件下，QI=QII，即：二、絕熱條件下的自燃過(guò)程對(duì)上式進(jìn)行積分，得到：二、絕熱條件下的自燃過(guò)程可燃?xì)怏w混合物在反響過(guò)程中的釋熱率〔產(chǎn)熱率〕可用下式表示式中，Q1——可燃?xì)怏w混合物的熱值，kJ/mol可燃?xì)怏w吸收熱量而升溫，單位時(shí)間單位容積內(nèi)吸收的熱量為：kJ/m3·skJ/m3·s二、絕熱條件下的自燃過(guò)程自燃過(guò)程中，反響物濃度、反響溫度、反響速度和反響時(shí)間的關(guān)系可用以以下圖表示：TvCti三、非絕熱條件下的自燃過(guò)程單位時(shí)間、單位體積內(nèi)釋放的熱量單位時(shí)間、單位容積內(nèi)散熱損失量式中：a——放熱系數(shù)S——外表積V——系統(tǒng)容積三、非絕熱條件下的自燃過(guò)程TQI釋熱率曲線TQII散熱率曲線三、非絕熱條件下的自燃過(guò)程一般情況下，釋熱率曲線和散熱率曲線有兩個(gè)交點(diǎn)，A點(diǎn)和B點(diǎn)。A點(diǎn)穩(wěn)定。當(dāng)外界有微小擾動(dòng)時(shí)，例如T?，散熱>釋熱，T?，回到A點(diǎn);當(dāng)T?，散熱<釋熱，T?，回到A點(diǎn)。B點(diǎn)不穩(wěn)定。輕微擾動(dòng)將使B點(diǎn)失去平衡。TaTcTbABCT0cQT三、非絕熱條件下的自燃過(guò)程c點(diǎn)是曲線qg與ql的切點(diǎn)，因此可得自燃的臨界條件三、非絕熱條件下的自燃過(guò)程三、非絕熱條件下的自燃過(guò)程按泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)指數(shù)項(xiàng)

三、非絕熱條件下的自燃過(guò)程假定預(yù)混氣體為理想氣體

三、非絕熱條件下的自燃過(guò)程圖5-9自燃條件下溫度與壓力的關(guān)系臨界壓力——溫度一定壓力下著火溫度——成分增加釋熱量QI增加燃料濃度增加燃料壓力增加燃料發(fā)熱量增加燃料活性QTQI’QI’’QII’’QII’C’’C’T0c’T0c’’環(huán)境溫度QTQIQII1CT0cABT0bT0aT02T01T03QII2QII3比外表積和散熱系數(shù)燃料粒徑的大小燃燒區(qū)周圍的散熱條件QII3TQIQII1CT0cAB1T0b1T0aT01QII2T0b2B2Q5.2預(yù)混可燃?xì)怏w的點(diǎn)燃理論一、什么是點(diǎn)燃二、點(diǎn)燃機(jī)理熾熱物體對(duì)預(yù)混可燃?xì)怏w的影響熱球T預(yù)混可燃?xì)怏wTwxTT-Tw之間溫差帶來(lái)的溫升預(yù)混氣燃燒帶來(lái)的溫升二、點(diǎn)燃機(jī)理對(duì)于不可燃?xì)怏w，當(dāng)有熾熱物體靠近時(shí)，只帶來(lái)邊界處溫升，沒(méi)有燃燒放熱帶來(lái)的溫升對(duì)于可燃?xì)怏w，當(dāng)有熾熱物體靠近時(shí)，既有溫差帶來(lái)的溫升，又有燃燒帶來(lái)的溫升靠近壁面處，T=Tw，反響快，放熱多，?T高；遠(yuǎn)離壁面處，傳熱少，溫升小溫度低，燃燒反響慢，溫升小二、點(diǎn)燃機(jī)理TxTxTx三、熱物體外表附近溫度濃度分析熱物體外表附近，預(yù)混氣溫度濃度分析條件穩(wěn)定工況定義相對(duì)混度：f=c/r(預(yù)混氣產(chǎn)物濃度/預(yù)混氣密度〕xTxdxfT三、熱物體外表附近溫度濃度分析假設(shè)：穩(wěn)定狀態(tài)下，微元體dx的傳熱與反響處于穩(wěn)定狀態(tài)此時(shí)，存在物質(zhì)平衡GI=GII式中，GII——散熱量 GI——化學(xué)反響量那么三、熱物體外表附近溫度濃度分析同時(shí)，存在熱平衡QI=QII式中：QI——單位距離導(dǎo)熱量，主要是傳導(dǎo)熱 QII——化學(xué)反響放熱量整理后得到三、熱物體外表附近溫度濃度分析一般情況下，熱擴(kuò)散系數(shù)〔導(dǎo)熱系數(shù)〕近似等于物質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)，那么：積分，并代入邊界條件x=+∞，T=T0，f=f0同時(shí)考慮理論燃燒溫度Ta與Q1的關(guān)系Q1C0=Cpr0

(Ta-T0)得到三、熱物體外表附近溫度濃度分析代入積分式可見(jiàn)，點(diǎn)燃條件與以下因素有關(guān)：氣體的物理性質(zhì)〔決定Ta〕氣體燃料的濃度〔決定Ta〕周圍環(huán)境溫度〔決定T0〕點(diǎn)燃物質(zhì)能量〔決定f〕四、點(diǎn)燃熱力理論在點(diǎn)燃臨界狀態(tài)下，可燃?xì)怏w層中的溫度和濃度分布應(yīng)滿足下述條件：四、點(diǎn)燃熱力理論四、點(diǎn)燃熱力理論四、點(diǎn)燃熱力理論四、點(diǎn)燃熱力理論四、點(diǎn)燃熱力理論五、可燃界限五、可燃界限六、影響可燃極限的因素六、影響可燃極限的因素2、流速的影響六、影響可燃極限的因素3.可燃混合物初溫的影響六、影響可燃極限的因素4.摻入其它物質(zhì)的影響一、層流燃燒的主要內(nèi)容生成物未燃物unv為平均化學(xué)反應(yīng)速度F三、澤爾多維奇，弗蘭克一卡門涅茨基和謝苗諾夫理論三、澤爾多維奇，弗蘭克一卡門涅茨基和謝苗諾夫理論三、澤爾多維奇，弗蘭克一卡門涅茨基和謝苗諾夫理論三、澤爾多維奇，弗蘭克一卡門涅茨基和謝苗諾夫理論三、澤爾多維奇，弗蘭克一卡門涅茨基和謝苗諾夫理論三、澤爾多維奇，弗蘭克一卡門涅茨基和謝苗諾夫理論unT0CH4C2H4unTaCH4C2H4壓力a1/p；rp；vpnunpn/2-1n——反響級(jí)數(shù)，通常為1~2unaa=1unpr0unpunnc炔烴烯烴烷烴加惰性氣體燃料量un加可燃物unCO+空氣dndTFdndTunuTwFF對(duì)于管內(nèi)流動(dòng)因此有人認(rèn)為：穩(wěn)定情況下uTS=unS’即uT=unS’/S只要求出S’/S即可求出uThSS’uThlluT/unRe×1032.351051層流小尺度湍流大尺度湍流一、強(qiáng)化燃燒的途徑一、