当前位置：文档之家 › 西工大燃烧学课件

西工大燃烧学课件

  • 格式：pdf
  • 大小：1.60 MB
  • 文档页数：36

下载文档原格式

  / 36

合集下载

燃烧学点火可燃性和熄火PPT课件

燃烧学点火可燃性和熄火PPT课件

exp
Etotal RTB
]
hS V
TB
Etotal 2R
Etotal 2R
1 4R T0II Etotal
可以看出TB有两个解。取等号右边两项相加所对应的 TB 值很高，它位于 曲线上的拐点以上，实际上 TB不可能如此高。所以我们可以不予考虑，只取TB较低
的值。
第22页/共60页
即 ：TB
Etotal 2R
总之，混气的初温，浓度，流速和混气性质对着火 和熄火都有影响。初温较高，浓度接近于化学恰当比， 混气流速低或活化能小均会使着火过程容易实现，亦即 有利于稳定燃烧；而熄火则发生在初温较低（比着火温 度低），浓度偏离化学恰当比，流速较高的情况下。
第28页/共60页
第三节 可燃极限
1.可燃性 燃料与氧化剂的混合物在点火的情况下，如果会产生
从图中可以看出，当温度或压力降低时，着火温 度缩小，当压力或温度下降到某一数值时，着火界限缩 成一点，如果压力或温度继续降低，任何混合气成分都 不能着火。
燃料/氧化剂混合物中温度和压力可燃极限随当量比变化的典型 曲线
第32页/共60页
可燃边界 取决于反应容器的尺寸， 点火源的能量，火焰传播的方向（向 上，向下，水平），压力，温度和混 合物中稀释气体的量和性质。
第15页/共60页
则系统的能量方程为：
的热
表示单位气体混合气在单位时间内反应放出
量，称为生热速率。
外界散
表示单位气体混合气在单位时间内平均向
发的热量，称为散热速率。
取决于阿累尼乌斯因子
第16页/共60页
取决于阿累尼乌斯因子 为T的线性函数，斜率
第17页/共60页
初始值：
着火速率取决于生热速率与散热速率的相互关系 及其随温度而增长的性质。分析 和 随温度的变化， 就可以得出系统的着火特点，并导出着火的临界条件。

燃烧学课件.精装版

燃烧学课件.精装版

≥0.8
30
二、着火 （一）着火概念 可燃物在与空气共存的条件下，当达到某一温度 时，与着火源接触即能引起燃烧，并在着火源离 开后仍能持续燃烧，这种持续燃烧的现象叫着火。 着火就是燃烧的开始，并且以出现火焰为特征。 着火是日常生活中最常见的燃烧现象。如用火柴 去点柴草、汽油、液化石油气等，就会引起它们 着火。 （二）燃点 燃点是指可燃物开始持续燃烧所需的最低温度， 又称着火点。可燃物的温度 没有达到燃点时是不会着火的，特质的燃点越低， 越易是火。某些常见可燃物的燃点如表3-3所示。
燃烧
公安部消防局最新统计数字： 2008年共发生火灾13.3万起 死亡1385人，受伤684人 直接财产损失15亿元
（一）、火灾的危害 “火,善用之则为福,不善用之则为祸”
火灾概念:是在时间和空间上失去控制 的燃烧所造成的灾害。
新疆克拉玛依市1994年12月8日大火
、
1994年12月8日，新疆克拉玛依市教育局官 僚为欢迎上级派来走走样子的“义务教育 与扫盲评估验收团”的25位官员，组织全 市最漂亮的能歌善舞的中小学生796人在友 谊馆剧场举办“专场文艺演出”。
第四章 燃烧学
预防为主 防消结合
主讲人：
一、燃烧的概念
燃烧——可燃物与氧化剂作用发生的放热反 应，通常伴有火焰、发光和(或)发烟现象。 燃烧具有三个特征，即化学反应、放热和发 光。通电的电炉和灯泡虽有发光和放热现象， 但没有进行化学反应，只是进行了能量的转 化，故不是燃烧；生石灰遇水发生了化学反 应，并且放出大量的热，但它没有发光现象， 它也不是燃烧。这些现象虽不是燃烧，但在 一定条件下，可作为着火源引起燃烧或引发 火灾。
(三)闪点在消防上的应用
1．闪点是判断液体火灾危险性大小的主要依据

《燃烧学讲义》课件

《燃烧学讲义》课件

未来燃烧技术的发展趋势与挑战
发展趋势
未来燃烧技术的发展趋势包括进一步提高燃烧效率、 降低污染物排放、实现可再生能源的利用和智能化控 制等。
挑战
未来燃烧技术的发展面临诸多挑战，如技术瓶颈、经 济成本、政策法规和环保要求等。需要加强科技创新 和政策引导，推动燃烧技术的可持续发展。
感谢您的观看
THANKS
03
燃料电池可应用于汽车、船舶、航空航天、电力系统和备用电
源等领域。
生物质能燃烧技术及应用
生物质燃烧技术
生物质燃烧技术是将生物质转化为热能和电能的一种方式，具有高 效、环保、可再生的特点。
生物质燃烧设备
生物质燃烧设备包括生物质锅炉、生物质焚烧炉和生物质热电机组 等。
生物质燃烧应用
生物质燃烧可用于供热、发电和工业生产等领域，是实现可再生能源 利用的重要途径之一。
02
燃烧的基本原理
燃烧化学反应机理
01
燃烧化学反应机理是研究燃烧过 程中化学反应如何进行的机制。 它涉及到反应物分子间的相互作 用以及反应过程中的能量变化。
02
燃烧化学反应机理对于理解燃烧 过程、优化燃烧效率和减少污染 物排放具有重要意义。
燃烧反应动力学
燃烧反应动力学是研究燃烧过程中化 学反应速率以及影响反应速率的各种 因素的科学。
通过燃烧反应动力学的研究，可以了 解燃烧反应的快慢程度，进而优化燃 烧条件，提高燃烧效率。
燃烧热力学
燃烧热力学主要研究燃烧过程中能量的转化和物质的变化。 它涉及到燃烧过程中能量的释放、转移和利用。
燃烧热力学对于能源利用、环境保护和可持续发展具有重要 意义。
燃烧过程中的物质传递与热力学
燃烧过程中的物质传递与热力学涉及 到燃烧过程中物质和能量的传递与转 化过程。

燃烧学基础知识培训PPT课件(2)

燃烧学基础知识培训PPT课件(2)

四、 烟气
（一）烟气的含义
烟气：由燃烧或热解作用产生的悬浮在大气中可 见的固体和（或）液体微粒总和。 （二）烟气的产生
不论是固态物质或是液态物质、气态物质在燃烧， 都要消耗空气中大量的氧，并产生大量炽热的氧气。
（三）烟气的危害性
1.毒害性 2.减光性 3.恐怖性
五、火焰、燃烧热和燃烧温度
（一）火焰
爆炸极限是评定可燃气体、蒸气或粉尘爆炸危险 性大小的主要依据。爆炸上、下限值之间的范围越大， 爆炸下限越低、爆炸上限越高，爆炸危险性就越大。
混合物的浓度低于下限或高于上限时，，既不能 发生爆炸也不能发生燃烧。
2.爆炸温度极限：可燃液体受热蒸发出的蒸气浓度 等于爆炸浓度极限时的温度范围。
液体的爆炸温度下限就是液体的闪点 。
（二）燃烧产物对火灾扑救工作的不利方面 1.妨碍灭火和被困人员行动 2.有引起人员中毒、窒息的危险 3.高温会使人员烫伤 4.成为火势发展蔓延的因素
第五节 影响火灾发展变化的主要因素
一、 热传播对火灾发展变化的影响
火灾的发生发展，始终伴随着热传播过程。热传 播是影响火灾发展的决定性因素。 （一）热传导
4.木材的燃烧产物 木材是一种化合物，主要由碳、氢、氧元素组成， 主要以纤维素分子形式存在。木材燃烧主要生成二氧 化碳、水蒸气、甲酸、乙酸、一氧化碳等产物，也会 申城可燃蒸气及颗粒。
三、 燃烧产物的毒性
燃烧产物有不少是毒害气体，往往会通过呼吸道 侵入或刺激眼结膜、皮肤黏膜使人中毒甚至死亡。
据统计，在火灾中死亡的人约80%是由于吸入毒 性气体中毒而致死的。一氧化碳是火灾中最危险的气 体。
二、 不同物质的燃烧产物
1.单质的燃烧产物 一般单质在空气中的燃烧产物为该单质元素的氧 化物。

《燃烧学讲义》课件

《燃烧学讲义》课件

能量转化
燃烧反应中的能量转化过程，包 括焓变、内能变化等，解释能量 转化的关键概念。
平衡态与非平衡态
燃烧反应中的平衡态和非平衡态 的概念以及相互转化的条件和特 点。
爆炸理论
深入研究爆炸反应的机理和特性，包括爆轰波的传播、爆炸温度和压力等关键概念的介绍。
1
爆炸理论概述
简要介绍爆炸反应的基本原理和定义，
《燃烧学讲义》PPT课件
燃烧学是研究燃烧及相关现象的学科，涉及热力学、化学动力学、流体力学 等多个领域。本课件将带你深入了解燃烧学的基础知识和应用。
燃烧学介绍
详细介绍燃烧学的概念、研究对象以及与其他学科的关系，帮助大家理解燃烧学的重要性和应用 价值。
研究领域广泛
燃烧学涵盖化学、物理、力学等多个学科领域，与许多实际问题密切相关。
预混火焰
探讨预混火焰的形成和特性， 分析混合气浓度对火焰传播速 度的影响。
燃烧极限
介绍燃烧极限概念和测定方法， 以及燃料和氧气浓度对燃烧的 影响。
火焰传递和统计理论
研究火焰的传递规律和统计性质，探讨火焰在不同条件下的行为和特点。
1 火焰传播机制
解释火焰传播的基本机制和影响因素，从微观和宏观层面进行讨论。
燃烧反应机理
了解不同物质的燃烧反应机理，对于安全控制、能源利用等方面都有重要意义。
燃烧产品分析
通过燃烧产物分析，可以得到有关燃料的详细信息，对环境保护和排放控制有重要作用。
热力学基础知识
介绍燃烧反应过程中涉及的热力学基本概念和定律，为后续的研究和理解提供必要的理论基础。
熵的概念
深入探讨熵的含义和作用，解释 燃烧过程中熵变的重要性。
爆轰波的形成
2
为后续的内容打下基础。

西工大燃烧学课件

西工大燃烧学课件

Ec q exp( ) RT
Ec 化学反应的阈能
反应阈能又称为反应临界能。两个分子相撞，相对动能在连心
线上的分量必须大于一个临界值Ec ，这种碰撞才有可能引发化 学反应，这临界值Ec 称为反应阈能。
在温度不太高时
Ea≈Ec
活化能等于阀能 克服活化能障碍 的有效碰撞分数
Ea 反应速率 Z A, B exp RuT
Eaf Eab
正向反应的活化能：活化态的能量与反应物能量之差 逆向反应的活化能：活化态的能量与产物能量之差
3. 碰撞有效方位
CO+NO2 = CO2+NO O O C N O O 无效碰撞 总结： 能量较高，方位合适的分子的碰撞才是有效碰撞。 (相对动能在连心线上的分量大于一个临界值) O C O N O 有效碰撞 C O
2 A
2 AB
8kT μ
（3.1）
2. 反应分子具备一定能量
活化分子：能量超出一定值，直接作用后能发生化 学作用的分子 (能量大于活化能的分子) 活化能：活化分子所具有的最低能量 (E*) 与整个 反应物分子的平均能量 (E ) 之差，称为实验活化 能或 Arrhenius活化能，简称活化能(Ea)。
CGS单位制：一种国际通用的单位制式，即CentimeterGram-Second (system of units) “厘米 ,克 ,秒”单位制，通 常在重力学科及相关力学科目中使用。
二、化学反应速率的各种表示方法
化学反应速率基本定义：
– 是指单位时间内反应物或生成物浓度的变化量
– 通常单位： mol/(m3·s) 化学反应速率可以用任意一种便于测量的物质的浓 度变化来表示（一般采用最容易测定物质的浓度来 表示）

西工大燃烧学课件

西工大燃烧学课件

Ji = − ρ Di ∇wi
q = −λ∇T τ = −µ∇v
三、动量守恒定律
控制体内动量的变化率等于作用在控制体的表 面力和体积力之和。 对于定常流，有
∑F = q
v − q v out m in m
对于一维流动，上式可写成
( pA) x − ( pA) x +∆x = qm[( v) x+∆x − ( v) x ]
提 纲:
多组分反应流体一维流动守恒方程 混合物质量守恒方程 组分守恒方程 动量守恒方程 能量守恒方程 守恒标量的概念 多组分一维流动守恒方程的通用形式 Shvab-Zeldovich 公式
5.1 多组分反应流体一维流动的守恒方程
一、混合物质量守恒方程
考虑一长度为Δx，截面积为A的一维控制体。
dmcV 根据质量守恒原理 + [ q m ] x + ∆ x − [ qm ] x = 0 dt 式中控制体内混合物质量 mcv = ρVcv
第五章 多组分反应流体守恒方程
燃烧现象包含流体流动、传热、传质和化学反 应以及它们之间的相互作用。燃烧过程是一种综合 的物理化学过程。 本章介绍控制燃烧过程的基本方程组： 混合物质量守恒方程 质量守恒 组分质量守恒方程 组分质量守恒 动量守恒方程 动量守恒 能量守恒方程。 能量守恒 着重介绍多组分反应流体 一维流动的守恒方程 一维流动 组，以便为分析各类火焰现象奠定基础。
四、能量守恒方程
控制体内能量变化率等于获得的外热的总和与 对外做功的总和。
⋅ '' ⋅ '' ⋅
(Q x − Q x + ∆x ) A − W cV
2 2 v v '' = qm A[(h + + gz ) x + ∆x − (h + + gz ) x ] 2 2

西工大燃烧学课件

西工大燃烧学课件

m Mr c n
（a）
（b）
化学中，用这种方式定义的化学物质浓度 c常常用 带有方括号的该物质的符号来表示。
由（ a）、(b)式，可得
p pM r c , RT RT
p wi RT i 1 M r , i
s
§4.2 分子输运基本定律
一、费克扩散定律
在双组分混合物中组分A的扩散通量的方向 与该组分当地质量分数梯度方向相反，绝对 值正比于该梯度值， 比例系数称为扩散系 数。在双组分情况下，由浓度梯度引起的组 分扩散通量可以用费克定律表示：
– 在许多情况下，可以假设它们等于1，使问题简化
当然，在某些情况下，它们并不等于 1。
谢 谢！
强度参数：与系统的尺寸（容积）无关的参
数。可以由相应的非强度参数（取决于系统的
容积）与系统的体积比来定义； 非强度参数: 与系统的容积有关的参数。
( 广延量) 质量密度（密度）
mV
单位为kg
m
3
摩尔密度（浓度）
cnV
单位为 mol
m
3
平均摩尔质量： 状态方程：

pV nRT
c H 2O [ H 2O ]
第四章 燃烧中的输运现象
燃烧现象是流动、传热、传质和化学反应同时发生又相 互作用的复杂的物理、化学现象。
燃烧过程=物理过程+化学过程+相互作用 反应物
生成物
～
质量交换 浓度梯度 ～ Fick扩散定律 动量交换 速度梯度 Newton粘性定律 能量交换 温度梯度～ Fourier热传导定律
混合物的平均摩尔质量 M r ：以摩尔分数为权的平均 摩尔质量
M r xi M r ,i g / mol

燃烧学ppt课件

燃烧学ppt课件
.
传质基础
• Fick定律（形式、各参数意义） • Stephen问题 • 单个液滴蒸发时间（D2定律）
.
燃烧动力学
• 概念：基元反应、反应级数、链式反应 • 碰撞理论（理解） • 基元反应速率、Arrhenius定律 • Kc、kf、kr与kp的关系 • 链式反应过程 • 两种近似方法：稳态近似与局部平衡假设
.
湍流预混火焰
• 湍流预混火焰比层流预混火焰传播快的原 因
• 三种湍流火焰模式（根据湍流强度、长度 尺度划分）、各模式传播速度影响因素
.
扩散火焰
• 扩散火焰 • 层流扩散火焰特征（火焰表面、火焰高度、
浮力影响、碳烟生成、火焰高度-流量关系） • 层流扩散火焰物理描述（T-f、Yi-f） • 火焰高度影响因素 • 层流扩散火焰向湍流扩散火焰的转变
.
几个重要的反应机理
• H2-O2系统 （几个爆炸极限） • CO氧化机理（区分干式、湿式机理） • 高链烷烃氧化机理（乙烷的8步氧化机理）
C-C断裂脱氢自由基产生染料分子 进一步断裂脱氢反应甲酸基、甲醛生 成氧化CO氧化机理
.
简化守恒方程
• 简单化学反应 • 守恒标量：混合物分数（概念与计算）、
混合物绝对焓（了解其前提）
.
层流预混燃烧
• 火焰、预混火焰概念 • 层流火焰传播速度、影响层流预混火焰传播速度
与火焰厚度的因素（温度、压力、当量比、燃料 类型） • 点火、可燃性与熄火
燃烧三阶段 热自燃理论及应用（着火熄火过程） 可燃极限（P、T、浓度范围） 最小点火能量 火焰稳定（两个必要条件）
燃烧学复习
.
本课程内容
• 绪论 • 燃烧热力பைடு நூலகம் • 传质基础 • 燃烧动力学 • 几个重要的反应机理 • 层流预混燃烧 • 湍流预混燃烧 • 扩散火焰 • 液滴蒸发与燃烧

燃烧学基本理论_PPT课件

燃烧学基本理论_PPT课件

➢计算步骤：
C pi
➢先假定一个理论燃烧温度t1，从“平均恒压热容”表
中查出相应的 C pi代入上述公式，求出相应的Ql1 ；
➢然后再假定第二个理论燃烧温度t2，求出相应的
和Ql2；
t
t1
t2 Ql 2
t1 Ql1

Ql
Ql1
➢然后用插值法求出理论燃烧温度t
• 燃烧温度计算举例
第一节 化学热力学基础
• 一、化合物的生成焓
1 C 2 O2 CO
1 2
H2

1 2
I2

HI
√ h f 298,CO

110.59KJ
/
mol
√ h f 298,HI
25.12KJ
/ mol
CO

1 2
O2

CO2
× h f 298,CO2

283.10KJ
/ mol
第一节 化学热力学基础
• 一、化合物的生成焓
➢n mol物质在恒压（恒容）下，由T1升高到T2所需的 热量用Qp（Qv）来表示。
T2
Qp n T1 CpdT
T2
QV n T1 CV dT
➢Cp大于Cv，对于理想气体： Cp－Cv＝R；
➢对于液体和固体： Cp＝Cv。
➢热容比：气体的恒压热容和恒容热容之比，用K表示，
第一节 化学热力学基础
• 一、化合物的生成焓
➢燃烧温度的计算
➢计算方法
Ql
T
ni 298 C pi dT
Ql Vi Cpi T 298
恒压平均热容 C取pi 决于温度，只在某一个温度 范围内是常数

西工大燃烧学课件

西工大燃烧学课件

（3）
式中
N
h wi hi T h Tref H f ,i Tref sens i 1
显焓 生成焓


wi 为组分 i （反应物或产物）的质量分数。
因为相对于参考温度的燃烧焓 一种热效应
H r wi' wi H f ,i Tref q
pb 1 pu
b
则瑞利线的表达式变为
Ma
2 u
u 1 b
pb 1 pu
（ 6）
讨论：爆震波： pb pu , b稍大于 u M au 1
缓燃波： pb 稍低于 pu， b u Ma u 1
三、Rankine-Hugoniot关系式
2 2 hu , sens uu / 2 q hb , sens ub /2
况下，过程终态pb 和 ρb之间的关系。
Rankine-Hugoniot关系也可以用显焓变化或内能变化来表示
1 pb pu 1 1 pb pu q 1 b u 2 u b
因为 hb , sens hu , sens
n
已燃气
第二章 一维燃烧波
未燃气
燃烧波：传播到预混可燃气体
dn
混合物中去的化学反
应波，是一种由波驱 动的化学反应。
t
t+dt
deflagration
燃烧波
缓燃波（爆燃波 ） ：相对于反应物以亚音速传播 爆震波（爆轰波 ）：相对于反应物以超音速传播
detonation
在给定情况下，究竟发生爆震波还是缓燃波，与反应物
2.2 爆震波特征
一、无化学反应的激波压缩

《燃烧学》第一讲PPT课件

《燃烧学》第一讲PPT课件
年前人类学会用火。
• 恩格斯：“火”使人类脱离野蛮进入文明 • “庄子”：木与木相摩则燃。 • 战国齐国田单：火牛阵 • 晋代张华“博物志”：四川用天然气煮盐 • 火药和火箭：我国首先发明（至少在宋代）
• 燃烧技术的三次大发展：蒸汽机和内燃机（产 业革命）；航空航天技术（二次世界大战）； 能源危机（70年代末）
• 混合气中各组分的物质流不等于该组分 的扩散流
• 各组分扩散流的总和为零 • 扩散流的总和对混合气整体运动没有影
响 • 各组分扩散线速度的总和不为零
（3）多组分有反应流动分子输运定律
Jsj
D12
Ys x j
Jsj
Ds
Ys x j
q
j
T x j
sVsjhs
h Yshs Ysh0s TT0 YscpsdT h0 TT0 cpdT
即由于分子不规则运动引起的扩散漂移 速度 • VS = vS – v
三种速度和三种物质流（续）
v g svs gs SVs Js
gsj svsj Jsj Ysv j sVsj sv j g j v j gsj svsj sVsj v j
sVsj Jsj 0
三种速度和三种物质流（续）
2-1 多组分有反应流体基本性质和关系式 （1）多组分完全气体混合物
s
s
Ys s /
p ps
s
Xs ps / p
nM
s nsMs
ps sRT / Ms nsRT
p RT / M nRT
Xs ps / p ns / n
n ns
s nsMs nM
多组分完全气体混合物（续）
（3）燃烧科学的发展
• 燃素论—18世纪中叶前 • 燃烧的氧化论—Lavosier，Lomonosov （1756-1771） • 燃烧热力学—Kirshoff，Hess （19世纪） • 燃烧反应动力学—Simonov，Lewis （20世纪初） • 燃烧学—Zeldovich，Frank-Kamenetsky，Spalding，

燃烧学完整版.ppt

燃烧学完整版.ppt
11
液体燃料蒸发与燃烧
• D2定律
12
9
湍流预混火焰
• 湍流预混火焰比层流预混火焰传播快的原 因
• 三种湍流火焰模式（根据湍流强度、长度 尺度划分）、各模式传播速度影响因素
10
扩散火焰
• 扩散火焰 • 层流扩散火焰特征（火焰表面、火焰高度、
浮力影响、碳烟生成、火焰高度-流量关系） • 层流扩散火焰物理描述（T-f、Yi-f） • 火焰高度影响因素 • 层流扩散火焰向湍流扩散火焰的转变
燃烧学复习
1
本课程内容
• 绪论 • 燃烧热力学 • 传质基础 • 燃烧动力学 • 几个重要的反应机理 • 层流预混燃烧 • 湍流预混燃烧 • 扩散火焰 • 液滴蒸发与燃烧
2
绪论
• 燃烧概念 • 燃烧分类（按照流态、相态、传播方式等）
3
燃烧热力学
• 概念：当量比、绝对焓、生成焓、热值 • 绝热火焰温度概念与计算（定压、定容） • 化学平衡判定，Kp的计算 • 能够利用压力平衡常数计算平衡产物成分
6
几个重要的反应机理
• H2-O2系统 （几个爆炸极限） • CO氧化机理（区分干式、湿式机理） • 高链烷烃氧化机理（乙烷的8步氧化机理）
C-C断裂脱氢自由基产生染料分子 进一步断裂脱氢反应甲酸基、甲醛生 成氧化CO氧化机理
7
简化守恒方程
• 简单化学反应 • 守恒标量：混合物分数（概念与计算）、
4
传质基础
• Fick定律（形式、各参数意义） • Stephen问题 • 单个液滴蒸发时间（D2定律）
5
燃烧动力学
• 概念：基元反应、反应级数、链式反应 • 碰撞理论（理解） • 基元反应速率、Arrhenius定律 • Kc、kf、kr与kp的关系 • 链式反应过程 • 两种近似方法：稳态近似与局部平衡假设

5.6低速气流中火焰稳定 课件

5.6低速气流中火焰稳定 课件

-1-西北工业大学航空发动机燃烧学课程组《航空发动机燃烧学》低速气流中火焰稳定传播CONTENTS-2-1 预混火焰稳定的分类2 火焰稳定条件分析3本生灯4本生灯火焰稳定5 层流预混火焰6 层流预混火焰稳定分析低速火焰的稳定1.火焰稳定的流动必要条件——火焰传播余弦定理实际火焰的稳定条件:必须保证火焰前沿各处的法向火焰传播速度等于可燃混合气在火焰前沿法向的分速度实际火焰–壁面处存在散热损失；–壁面摩擦，靠近轴线处的火焰速度比靠近壁面处的速度快，粘性力使火焰前沿呈抛物面型；–浮力存在，抛物面的火焰前沿歪曲成非对称形，此时火焰前沿各处的法向火焰传播速度并不相同。

本生灯火焰外形特征：–火焰底部不和喷嘴出口重合，存在向外突出的一个区域，以及靠近壁面有一段无火焰区；–如采用收敛管，火焰形状将接近正圆锥形，上述特点仍存在。

本生灯装置简图本生灯火焰外形特征的原因原因●在锥体顶部，由于受四周火焰的加热，温度已经很高，因此，热传导和活性分子扩散非常强烈，此时顶部燃烧时火焰传播速度会增大，并与当地的混气流速相等，从而使得锥顶变圆。

●如果出现尖顶的话，则火焰外表面相交所形成的顶点将具有不同的方向，从火焰连续的角度来说，这是绝对不可能的;●由于火焰向金属壁面的散热或活性分子的销毁，靠近喷口处有一个无火焰区，称为穿透距离或熄火距离。

-10-本生灯火焰稳定4-11-本生灯火焰稳定4气流流速增大气流流速减小•当气流速度增加时，φ增大，火焰拉长•当气流速度减小时，φ要减小，火焰将变短•在一定的气流速度变化范围内，火焰前沿将会在新的条件下稳定下来-12-层流预混火焰5g υg υLυg υg υg υg υL υL υLυL υL υ图为离本生灯喷口不同距离处射流边界附近的气流流速分布和不同截面上相应的火焰传播速度分布g υL υ两种趋势✓射流外边界火焰向周围散热及混气向四周扩散混气浓度变淡该处的火焰传播速度降低；✓管口时管壁的散热效应火焰传播速度降低,L i υ,L i υ图中，1、2、3截面的射流边界层里，存在局部混气流速与当地混气的火焰传播速度相等的点：把的各点连接起来，可得到ABDCA 区。

西工大燃烧学课件

西工大燃烧学课件
prodh又因为reaciireachnh??prodiiprodhnh??所以2102222110??11cholfchfcofhohhhvhhh???????????从附表查得气态水的生成焓和蒸发潜热据此可计算液态水的生成热241847fholfhogfghhh????2244010285857ookjkmol???利用此值和附表ab中的生成焓可得2124965910393546112858576830096cholkjhkmolkjkjkmolkmolkj?????????????????????????????????所以210221022683009668300961cholcchchnhkjhkjkmolkmol?????10221022683009648003142284ccchrchkjhkmolkgkmolhkjkgm?????对于低热值将换成即可因此有2fholh?2fhogh?10226345986cchhkjkmol??102244601cchhkjkg??2对于液态的正癸烷有??1022ch???1022g1ofchreacfghhh??????fgcchhh????液态燃料气态燃料蒸发潜能即所以????1022102248003359476444460135944242cchcchhhhvkjkghlhvkjkg????????二绝热燃烧火焰温度tadadiabaticflametemperatures当燃料和空气的初始状态即燃料空气比及温度一定时绝热过程燃烧产物所能达到的温度最理想状态最高温度
28.85 20.3 16.04
为了求出 ，首先得求出 A F stoic
A F stoic
4.76 2 28.85 17.1 16.04
由 的定义可得
A F stoic A F
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

自由射流湍流扩散火焰
受限射流湍流扩散火焰


同心射流湍流扩散火焰 旋流射流湍流扩散火焰
逆向流射流扩散火焰
相对于层流扩散火焰，湍流扩散火焰要复杂得多， 很难用分析的方法求解。主要靠数值方法求解。下 面介绍一些估算火焰长度和半径的经验公式。 对于燃料自由射流所产生的垂直火焰取决于以下4 个因素：
1
(c) 1 1 的富油燃烧。 (a) 1 1 表示 (b) 1 1 表 由于混气燃料多而氧气 当管中混气为贫 示化学恰当 少，因此有剩余燃料。 油时的动力火焰。 比下的动力 此时出现两个火焰锋面， 由于混气已有足 火焰。因为 的 内焰大致相当于 1 1 够氧气，不需要 此时温度高， 动力型火焰，外焰面为 在从外界获取氧 火焰传播速 剩余燃料经扩散获得外 气，因而火焰光 度快，因此 界氧气称为扩散火焰。 滑。随着 1 的加 火焰高度最 内焰温度较高，外焰温 大，火焰变长。 短。 度较低。
第九章 非预混火焰
第一节 层流扩散火焰
一 扩散燃烧与预混燃烧概念
预混火焰
在发生化学反应之前，反应物已经均匀地混合 ,预 混射流（燃料和空气混合物）直接形成的火焰。
扩散火焰
在发生化学反应之前，燃料和氧化剂是分开的，依 靠分子扩散和整体对流运动（湍流扩散）使反应物 分子在某一个区域混合，接着进行燃烧反应。
扩散燃烧火焰长度的变化规律
• (1)层流扩散火焰区：火焰高度(长度)与气流速度 成正比，（流速增加，扩散系数变化不大，随着流 速上升，火焰长度增加）。
• (2)扩散火焰过渡区：火焰高度(长度)随气流速度 的增大而减小，喷咀附近，为层流火焰，上部为湍 流火焰。气流速度越大，层流状火焰长度越短； • (3)湍流火焰区：气流速度大于临界速度后，气流 离开喷口便呈湍流状态，火焰长度不随气流速度而 变化（流速增加，扩散系数相应增加，火焰长度变 化不大，但是火焰有折皱和噪音）。
0.6565kg m 3 ，试确定该甲烷射流长度，并和例9.1
中的计算结果进行比较。 解 只要求出了甲烷射流的质量流量，我们就可以用例
9.1 的方法来求该甲烷射流火焰长度。根据两射流火 焰的释热量相等可得
CH4 LHVCH4 m C3H8 LHVC3H8 （使用燃料的低热值） m
CH4 m C3 H 8 LHVC3 H 8 m LHVCH4 46357 3.66 10 50016
• 强化扩散燃烧的有效措施是加强混合过程，改善掺 混条件。
层流扩散火焰结构
过通风火焰
氧化剂流量超过燃料燃烧 所需的化学恰当量（即总 氧化剂过量），火焰靠近 圆柱管的中心线上。 欠通风火焰 燃料量超过化学计量值 （即燃料过量），火焰向 外壁蔓延。 图 9.1 受限层流气体扩散火焰
chem 在“快速化学反应”的极限条件下，化学反应时间 远小于 流动特征时间
1 2
a. 1 0 ，燃烧所需空气全部由外界环境 通过引射提供，属扩散燃烧。 b. 1 1 ，从本生灯的底部供入的空气充 足，燃烧过程完全化学反应的快慢（化学 动力因素）所控制，属动力燃烧。
c. 0 1 1 ，燃烧既有一次空气混合物的 预混燃烧，也有剩余燃料的扩散燃烧，属 动力－扩散燃烧。
火焰高度（火焰锋面与轴心线相交的位置）
层流
Q Hl 2 Dm
Q — 体积流量 D m — 扩散系数
层流火焰高度与燃料流动速度成正比，但与喷嘴尺寸无关
紊流
Ht
R j 2u f DT

R j 2u f R ju f
Rj
湍流火焰高度与喷嘴尺寸成正比，但与燃料流动速度无关
根据射流形式不同，湍流扩散火焰大致可分为：
r , r , Da 1, 良搅拌区域——无形
混合过程进行很快 ,燃烧的快慢主要取决于 化学反应速度（或化学动力因素），而与混 合过程关系不大。 动力－扩散燃烧 : 燃烧的快慢既与化学动力因素有关， 也与混合过程有关 。
本生灯:
一次空气消耗系数 1 : 从底部吸入的空气称为一次空气量 二次空气消耗系数 2 : 由出口引射所得的二次空气量 总空气消耗系数:
质量流量为 3.66 10 3 kg / s ，射流出口处的丙烷密度 为 1.854kg / m 3 ，环境压力为1atm，温度300K。试估 算该射流火焰的长度。 采用 Delichatsios关系式来估算该射流火焰的长度， Delichatsios关系式具体表示如下
13.5Frf2 5 * L 1 0.07Frf2 23
Frf 5 时 ，无量纲火焰长度
L*
1 0.07 1.386
0.5
13.5 1.3860.4
2 1.5
15.0
转换成实际火焰长度。无量纲出口直径为
e d dj 0.0078m
* j
1.854 0.00617 1.1614
扩散火焰的稳燃问题—吹熄问题
湍流扩散火焰的稳定性： 火焰既不被吹跑 (或叫脱火，吹熄 )，也不产生回火， 而始终“悬挂”在管口的情况。
当气流速度过大，燃料过稀或过浓，扩散火焰将 被吹熄。
扩散火焰的特点

扩散火焰不产生回火，但温度低
湍流扩散燃烧是当前工业上广泛采用的燃烧方法之一， 常用一些人工稳焰方法来改善火焰的稳定性
1/ 2
（9-10）
ue 是出口流速 式中： T f 是燃烧特征温度，
将喷管内流体密度与环境气体密度之比 e 直径 d j 综合为一个参数，即动量直径：
/ 与初始射流
d d j (e / )
* j
1/ 2
（9-11）
无因次火焰长度的经验公式：
L
*
Lf fs d j ( e / )
3
3.39 103 kg s
仿照例 9.1，先求出下列各量
1.1614kg m 3
T f 2226K
f s 0.0552
ue 172.7 m s
由 Delichatsios关系式可得
（查附表 C.1）
（查附表 B.1）
Frf 4.154
L* 20.36
d 0.0046m
(6) 在火焰锋面上，=1.0。
1
1
火焰面
Cair
Cp
Cf Cp
Cair

0

第二节 湍流扩散火焰
1. 火焰顶点
2
随射流速度增加 ，火焰高度增加 ，直到某一最大 值，此时火焰仍 保持层流。 在射流速度较低 时，火焰保持层 再增大射流速度，火焰 流状态，火焰前 顶部开始出现颤动、皱 折、破裂，表明出现局 沿面光滑、稳定 部湍流。由于湍流影响 、明亮、清晰。
因为

chem
transport diffusion
所以燃料和氧化剂浓度在火焰面上为零
层流扩散火焰结构
空气
燃料
空气
图 9.3 理想层流扩散火焰组分分布
• 层流流动时，混合是以分子扩散的形式进行的，在两股对流 交界面上，燃料向空气射流扩散，空气向燃料射流扩散，在 =1.0 处形成火焰峰面。
1
（查附表 C.1） （查附表 B.1）
1 fs 0.06035 A F stoic 1 15.57 1
m 3.66 103 ue 66.0 m s 2 2 e d j / 4 1.854 0.00617 / 4
现在可求出Froude数 66.0 0.060351.5 Frf 0.5 0.25 1.854 2267 300 9.81 0.00617 300 1.1614 1.386
• 在火焰峰面，燃料浓度和O2浓度均为零，燃烧产物浓度达到 最大值，然后向两侧扩散。
焰面外侧： 空气＋燃烧产物
焰面内侧： 燃料＋燃烧产物 焰面： 燃料与空气的理论浓度为零 燃烧产物浓度最大
空气
燃料
空气
层流扩散火焰的温度和各组分浓度的分布规律
(1) 火焰中心(射流轴线上)，燃料浓度最大，沿径向逐渐减小， 在火焰锋面上，燃料浓度为零；
(d) 1 0 为管 中供应的为纯 油气的情况。 它所需的氧气 全部从外界获 得，因此为纯 扩散燃烧，其 火焰也最长。
层流扩散火焰
扩散火焰
质量扩散以分子扩散的方式实现
湍流扩散火焰
质量扩散以气团扩散的方式实现
• 扩散燃烧整个燃烧过程取决于混合过程。流动速度， 流动状态和混合方式等起决定性作用，而化学动力 学参数影响不大。
(2) 氧气浓度在环境处最大，沿着轴向到火焰锋面逐渐减小， 在火焰峰面上浓度为零；
(3) 温度和燃烧产物浓度在锋面上达到最大值；火焰锋面是反 应中心（温度最高），为燃料的理论燃烧温度； (4) 火焰锋面对燃料和氧气都是不可渗透的，锋面的里面是燃 料，外面是氧气。 (5) 层流火焰的外形只取决于分子扩 散速度，与化学反应速度无关。
1 ）初始射流动量通量与作用在火焰上的力之比， 即火焰弗卢德数（Froude number）Frf；
2 ）化学恰当比fs 3 ）喷管内流体密度与环境气体密度之比 e /
4 ）初始射流直径 d j
火焰弗卢德数定义如下：
Frf
ue f s3/ 2
e /
1/ 4
T f T gd j
人工煤气扩散火焰
人工煤气预混火焰

扩散燃烧容易产生碳氢化合物的热分解
碳氢化合物在高温和缺氧的环境中会分解成低分子化合 物，并产生游离的碳粒。如果这些碳粒来不及完全燃烧 而被燃烧产物带走，就会造成环境污染，并导致能量损 失。
扩散燃烧时，火焰的根部及火焰的内侧容易析碳，因此， 如何控制碳粒生成及防止冒烟乃是扩散燃烧中值得注意 的问题。