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燃烧学讲义-第6章油滴燃烧分析解析

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燃烧学 第六章 液体燃料的燃烧_OK

燃烧学 第六章 液体燃料的燃烧_OK
燃烧学
2021/7/3
1
第6章
液体燃料的燃烧
2021/7/3
2
6.1 Stefan流
2021/7/3
3
一、斯蒂芬流定义
• 在液体或固体燃料燃烧过程中，气体与燃料的接触存在相 界面（异相反应），燃料加热气化或燃烧过程中的气体为 多组分气体，这些气体在燃料界面附近产生浓度梯度，形 成各组分相互扩散的物质流，只要在相界面上存在物理或 化学变化（如蒸发或燃烧过程），而且这种变化在不断产 生或消耗物质流，这种物理或化学变化过程与气体组分的 扩散过程的综合作用下，在相界面法线方向产生一股与扩 散物质流有关的总质量流，是一股宏观物质流动。这一现 象是Stefan在研究水面蒸发时首先发现的，故称Stefan流。
r
2 0
k
39
4.4液雾燃烧
2021/7/3
40
一、液雾的燃烧
• 工程上液体燃料的燃烧是一群粒度不同的液体组 成的液雾在燃烧
• 有必要掌握液雾燃烧的基本概念 • 了解液雾燃烧过程中配风的基本原则
41
二、液雾燃烧的特点
• 液滴大小不均匀
• 液滴有一定速度，处于强迫流动
• 除导热外，还有对流换热，温度高时还有辐射换热
对于半径为r的球面，由热量平衡可知：
4r2
dT dr
qm
Cp T T0 H
油的气化潜热
导热率
油的流量
油滴表面温度，假设 等于油的饱和温度
将上式改写，自液滴表面（r0和T0）到火焰锋面（r1和Tr）积分
Tr4
dT
T0
C p T T0
H
r1 dr r r0 2
qm
4
Cp
1 r0

燃烧学讲义第六章

燃烧学讲义第六章

第6章可燃固体的燃烧6.1固体燃烧概述6.1.1固体燃烧的形式根据各类可燃固体的燃烧方式和燃烧特性，固体燃烧的形式大致可分为五种。

（1）蒸发燃烧硫、磷、钾、钠、蜡烛、沥青等可燃固体，在受到火源加热时，先熔融蒸发，随后蒸汽与氧气发生燃烧反应，这种形式的燃烧一般成为蒸发燃烧。

樟脑，萘等易升华物质，在燃烧时不经过熔融过程，但其燃烧现象也可看作是一种蒸发燃烧。

（2）表面燃烧可燃固体（如木炭、焦炭、铁、铜等）的燃烧反应是在其表面由氧和物质直接作用而发生的，称为表面燃烧。

这是一种无火焰的燃烧，有时又称之为异相燃烧。

（3）分解燃烧可燃固体，如木材、煤、合成塑料、钙塑材料等，在受到火源加热时，先发生热分解，随后分解出的可燃挥发份与氧发生燃烧反应，这种形式的燃烧一般称为分解燃烧。

（4）熏烟燃烧（阴燃）可燃固体在空气不流通，加热温度较低、分解出的可燃挥发份较少或逸散较快、含水分较多等条件下，往往发生只冒烟而无火焰的燃烧现象，这就是熏烟燃烧，又称阴燃。

（5）动力燃烧（爆炸）指可燃固体或其分解析出的可燃挥发份遇火源所发生爆炸式燃烧，主要包括可燃粉尘爆炸、炸药爆炸、轰燃等几种情形，其中，轰燃是指可燃固体由于受热分解或不完全燃烧析出可燃气体，当其以适当比例与空气混合后再遇火源时，发生的预混燃烧。

例如能析出一氧化碳的赛璐珞、能析出氰化氢的聚氨酯等，在大量堆积燃烧时，常会产生轰燃现象。

这里需要指出的是，上述各种燃烧形式的划分不是绝对的，有些可燃固体的燃烧往往包含着两种或两种以上的形式。

例如，在适当的外界条件下，木材、棉、麻、纸张等的燃烧会明显地存在分解燃烧、阴燃、表面燃烧等形式。

6.1.2评定固体火灾危险性的参数固体燃烧特性比较复杂，评定其火灾危险性的参数主要包括：（1）熔点、闪点和燃点固体熔点是固体变为液体的初始温度；某些低熔点可燃固体发生闪燃的最低温度就是其闪点；固体燃点是指对可燃固体加热到一定温度，遇明火发生持续燃烧时固体的最低温度。

燃烧学-第六章

燃烧学-第六章

二、雾化方式和喷嘴
• 按照油的雾化机理，工程上油的雾化方式分为：压力式、旋 转式和气动式等。前两种又称为机械式雾化。如下图所示。
压力式雾化喷嘴
压力式雾化喷嘴又称为离心式机械雾化器。它可以用在航空喷气发动机、 燃气轮机、柴油机以及锅炉和工业窑炉上。 燃油在高压下通过雾化片的特殊机械结构将燃油雾化，通过喷油嘴喷出。 按该原理工作的雾化器有：直流式、离心式和转杯式
中间直径法（d50）
是一个假定液滴的直径，即液雾中大于或小于这一直径的两部分 液滴的总质量相等。
索太尔平均直径法（dSMD）
设在特定的液滴群中的滴数为N0 ，且所有液滴的直径都等于
dSMD，而这些液滴的总体积与总面积之比正好等于实际液滴群的总
体积与总面积之比。
18
（2）雾化角
出口雾化角
19
（3）燃料的流量密度分布 单位时间内通过与燃料喷射方向相垂直的单位截面上燃 油质量沿半径的分布规律。
20
（4）喷雾射程 喷嘴水平喷射时，油雾液滴丧失水平方向动能的行程。 不同直径油粒的射程也不同。射程取决于轴向速度和颗 粒度。射程的大小影响火焰长度。
21
（5）雾化均匀度 积分表示法 将大于某一直径d的所有液滴的质量占全部液滴质量的 百分数表示成液滴直径的函数。 微分表示法 将直径在d和d＋Δ d之间的所有液滴的质量占全部液 滴总质量的百分数表示成液滴直径的函数。
7
四、雾化燃烧－－重点
1.过程：
破碎 雾化器 液体 小液滴 悬浮 边蒸发边燃烧
燃料的蒸发表面积增加 上千倍
燃烧速度加快
2.关键问题：－－雾化 （1）雾化方式：据液体燃料的蒸发性定 不易蒸发的液体－－喷嘴雾化 （2）易蒸发的液体－－汽化器

第六章雾化技术之油滴及油雾燃烧

第六章雾化技术之油滴及油雾燃烧

(
)
既然该过程是一个准稳态过程，所以，单位时间内油 滴表面的蒸发量m就应该等于通过油气区3内各个球面扩散 出来的油蒸气量，同样也等于在火焰峰面处燃烧所消耗的 油蒸气量。蒸发速率或燃烧速率是单位时间单位表面上的 蒸发气化量与燃料消耗量，因此有：
1 mc = r0
2012-5-20
λ cp DC∞ T f − T0 + ln 1 + β cp Q
2
[
]
dr dT m 2 = 4πλ c p (T − T0 ) + Q r
2012-5-20
河北工业大学能源与环境工程学院
2012-5-20
河北工业大学能源与环境工程学院
因此油滴的蒸发量为：
λ cp DC∞ m = 4πr0 ln 1 + T f − T0 + cp Q β
1-油滴；2-火焰峰面；3-油蒸气区；4、空气区； 5-空气浓度曲线；6-温度曲线；7-油蒸汽浓度曲线
2012-5-20 河北工业大学能源与环境工程学院
单个油滴燃烧的紫外照片 （来源于NASA网页）
为了方便问题的分析，需要对单 滴燃烧模型进行一系列简化，即假设： （1）油滴为球状，且在蒸发、燃烧 过程中始终保持球对称；（2）油滴 的蒸发与燃烧过程均为准稳态过程， 不考虑液面的内移效应；（3）燃烧 只在火焰峰面的反应区内进行；（4） 火焰峰面所产生的热量全部用于加热 油滴，使之蒸发气化，并且传热方式 只考虑热传导，而忽略火焰辐射换热 与对流换热的影响；（5）导热系数、 扩散系数等恒定不变；（6）忽略油 滴表面因扩散而引起的斯蒂芬流； （7）不考虑液滴的高温热解。
2012-5-20

燃烧学—第6章1

燃烧学—第6章1

中国矿业大学能源学院安全与消防工程系
19
《燃烧学》--第六章
不同类型高聚物的燃烧有如下特点：
（1）只含碳和氢的高聚物，如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等， 易燃但不猛烈，离开火焰后仍能持续燃烧，火焰呈兰色或黄色， 燃烧时有溶滴，并产生有毒的一氧化碳气体。 （2）含有氧的高聚物，如有机玻璃、赛璐珞等，易燃且猛烈， 火焰呈黄色，燃烧时变软，无溶滴，并产生有毒的一氧化碳。 （3）含有氮的高聚物，燃烧情况比较复杂，如脲甲醛树脂为难 燃自熄；三聚氰胺树脂为缓燃缓熄；尼龙为易燃以烬。它们在燃 烧时都有溶滴，并产生一氧化碳、一氧化氮有毒气体和氰化氢剧 毒气体。 （4）含有氯的高聚物，如聚氯乙烯等，硬的为难燃自熄，软的 为缓燃缓熄，火焰呈黄色，燃烧时无熔滴，有炭瘤，并产生氯化 氢气体，有毒且溶于水后有腐蚀性。 （5）含有氟的高聚物，实际不燃，但加强热时，能放出腐蚀毒 害性的氟化氢气体。 （6）酚醛树脂，无填料的为难燃自熄，有木粉填料的为缓燃缓 熄，火焰呈黄色，冒黑烟，放出有毒的酚蒸气。
常见高分子物质的自燃点
物质名称 自燃点（℃） 物质名称 自燃点（℃） 物质名称 自燃点（℃）
棉花
报纸 白松
255
230 260
聚乙烯
聚氯乙烯 有机玻璃
349
454 450～462
聚酰胺
醋酸纤维素 硝酸纤维素
424
475 141
6
中国矿业大学能源学院安全与消防工程系
《燃烧学》--第六章
氧指数测定仪
1—试样； 2—夹具； 3—点火器； 4—金属丝网； 5—支架； 6—柱内玻璃珠； 7—钢底盘； 8—三通管； 9—截止阀； 10—支持器内小孔； 11—压力表； 12—精密压力调节器 13—过滤器； 14—针形阀； 15—转子流量计

燃烧学 第六章 液体燃料的燃烧

燃烧学 第六章 液体燃料的燃烧
火焰面方向扩散，空气出外向表面方向扩散，油滴表面处的蒸发流为r0v0，油 滴内部燃料浓度ff0为常数。
• 蒸发、燃烧过程为定压、准稳定场(忽略界面内移的影响)。 • 设环境温度比燃料沸点温度高得多，油滴表面温度T0略低于沸点温度Tb0。
基本ห้องสมุดไป่ตู้程
各组分边界条件
物理量变换
物理量变换
重新整理边界条件
• 上式称为液滴燃烧的直径平方——直线定律
– 该定律说明：油滴直径的平方随时间的变化呈直线关 系
– 当油滴粒径等于0时，表明油滴完全燃尽，此时对应的 燃尽时间为：
r
d
2 0
k
4.4液雾燃烧
一、液雾的燃烧
• 工程上液体燃料的燃烧是一群粒度不同的液体组
成的液雾在燃烧
• 有必要掌握液雾燃烧的基本概念 • 了解液雾燃烧过程中配风的基本原则
燃烧学
一、斯蒂芬流定义
• 在液体或固体燃料燃烧过程中，气体与燃料的接触存在相
界面（异相反应），燃料加热气化或燃烧过程中的气体为 多组分气体，这些气体在燃料界面附近产生浓度梯度，形 成各组分相互扩散的物质流，只要在相界面上存在物理或 化学变化（如蒸发或燃烧过程），而且这种变化在不断产 生或消耗物质流，这种物理或化学变化过程与气体组分的 扩散过程的综合作用下，在相界面法线方向产生一股与扩 散物质流有关的总质量流，是一股宏观物质流动。这一现 象是Stefan在研究水面蒸发时首先发现的，故称Stefan流。
二、油滴蒸发模型
二、油滴蒸发模型
• 忽略气体和油滴间的相对流速，油滴为球形，其半径为r0，油滴的蒸发、燃
烧都以球对称进行，故燃烧时的火焰锋面为同心球面。
• 由于油滴表面温度T0比环境温度低使外界热量向油滴表面传递，并忽略辐射

燃烧学 第六章 液体燃料的燃烧

燃烧学 第六章 液体燃料的燃烧
导数项 度。
f1 y
f H2O D0 r0 y 0
为界面上水蒸气沿水面法线方向的浓度梯
f1 y
<0，故J1,0>0 因此水蒸气的扩散是流向水面上方。
二、水蒸发时的斯蒂芬流
二、水蒸发时的斯蒂芬流
200
300
400
d(mm)
4.4.3液体的雾化
F
条件雾化角2a2
• 雾化指标
出口雾化角2a1
– 雾化角 • 出口雾化角：在喷口出口处做雾化锥外边界切线， 两切线间夹角的一半为出口雾化角 • 条件雾化角：以喷口中心线为圆心，距离x为半径 （通常为200mm）作弧，与雾化锥边界线有两个交 点，连接喷口中心线与两个交点获得两个连线，这 两条连线间的夹角的一半称为条件雾化角
二、水蒸发时的斯蒂芬流
• 假设：
– A-A为一水面，水面 上方为大气空间， 水面A-A处为水与空 气的相分界面，在 相界面上只有水蒸 气和空气两种气体 组分，以 f1 和 f2 分别 表示水蒸气和空气 的质量相对浓度。
二、水蒸发时的斯蒂芬流
在相界面处有：
J H2O,0
式中， J1,0为界面处水蒸气的扩散流； D0为分子扩散系数； r0为气体平均密度；
• 设环境温度比燃料沸点温度高得多，油滴表面温度T0略低于沸点温度Tb0。
基本方程
各组分边界条件
物理量变换
物理量变换
重新整理边界条件
基本方程变换为
由方程的相似性变换可得
求解
积分
求解蒸发速度
求解蒸发时间
结果
6.4液滴的燃烧
液滴的燃烧模型
• 单个液滴的燃烧模型，假设：
液滴为均匀对称球体； 液滴随风飘动，与空气间无相对运动； 燃烧及快，火焰面薄； 火焰温度较高，向内向外同时传热， 液滴表面温度接近饱和温度，燃烧温 度等于理论燃烧温度； – 忽略对流与辐射换热； – 忽略液滴周围的温度场不均匀对热导 率和扩散系数的影响； – 忽略斯蒂芬流。 – – – –

徐通模版燃烧学--第6章

徐通模版燃烧学--第6章
➢高压气体雾化喷嘴
采用高压气体作为雾化介质。常用的雾化介质为压缩空气 （0.3~0.7 MPa）和水蒸气（0.3~1.2 MPa）。气体雾化喷嘴气耗率低，且雾化质量 良好。
33
二、雾化性能指标 评价液体燃料雾化器的雾化性能及质量的主要指标为： 雾化角、雾化细度及均匀度、流量密度分布、射程、
调节比等；对于介质雾化喷嘴，还有气耗率等。
机械雾化油烧嘴的结构简单 、紧凑，工作噪音小，适用 于黏度较低的燃油。
燃用雾化质量较差的油品时 ，易出现堵塞或雾化粒度较 粗等问题，油压要求高，一 般应达1.5~2.5 MPa，系统可 靠性要求高，油泵耗能大。
25
2、旋转式雾化喷嘴
➢原理
转杯式油喷嘴借助于机械的离心力和空气的动量进行雾化，并将两 种雾化作用有机地组合起来。
液面燃烧往往是灾害或事故燃烧的形式，例如油罐火灾、 海面浮油火灾等。在工程燃烧中不宜采用这种燃烧方式。
10
2）灯芯燃烧：利用灯芯的毛细吸附作用将燃油由容器 中抽吸上来，并在灯芯表面生成油蒸气，然后油蒸气与 空气混合发生的燃烧。这种燃烧方式功率小，一般只用 于家庭生活或其他小功率的燃烧器，例如煤油炉、煤油 灯等。
34
ɑ
ɑr
显然αr＜α
35
雾化角过大，油滴将会穿出湍流最强的空气区域而造成 混合不良，以致增加不完全燃烧损失，降低燃烧效率。
雾化角过小，则会使燃油液滴不能有效地分布在整个燃 烧室空间，造成与空气的混合不良。
一般来说，雾化角为 60°~120°。对于小尺寸燃烧室 ，雾化角不宜取得过大，一般为 60°~80°左右。
旋转
32
燃料
燃料
➢低压空气雾化喷嘴
油在较低压力下从喷嘴中心喷出，利用速度较高的空气（约80 m/s）从 油滴四周喷入，从而将油雾化。一般用于小型工业锅炉上，所需风机压 头5～10 kPa。特点是空气出口流通截面可以调节。 这种烧嘴结构简单，调节比较方便，但是难以实现微量调节。烧嘴的移 动套管部分要求精密加工，否则易引起火焰偏斜。

徐通模版燃烧学--第6章

徐通模版燃烧学--第6章

w1g )
w1gs----液滴周围混合气中燃料蒸汽质量分数 ； D----气体分子扩散系数，m2/s；
52
2）液滴在高于液体燃料沸点的高温气流介质中，液滴燃料 受热升温而蒸发。当液滴达到某一温度，液滴所得的热 量恰好等于蒸发所需要的热量，于是液滴温度就不再改 变，蒸发处于平衡状态，液滴在此温度下继续蒸发直到 汽化完毕。
➢分类 按照雾化介质压力的高低，这种雾化喷嘴可分为两大类
，即低压喷嘴和高压喷嘴。
30
喷嘴—使液体燃料雾化的装置称为雾化器或喷嘴
根据雾化的原理不同，分为：
空气核
r0
ra
直流式喷嘴 燃料 离心式喷嘴
气体
气动式喷嘴
燃料
l
d0
燃料
Rc rin
Rs
燃料
旋转式喷嘴 气体
撞击式喷嘴
36
2、雾化细度
雾化细度是指燃油雾化后形成的雾化炬中油滴的粗细程 度，它是表征油喷嘴雾化性能及质量最主要的指标之一。
雾化油滴的大小是不均匀的，最大与最小的油滴之间直 径大小的差别可达数十倍。
一般只能用平均直径表示雾化细度。在工程上常用以下 两种平均方法：质量中间直径和索太尔平均直径。
37
50
➢斯蒂芬（Stefan）流
斯蒂芬流数学表达式：
gD
dwxg dr
gvg wxg

0
在蒸发液滴外围的任一对称球面上，由斯蒂芬流引起的空气
质量迁移正好与分子扩散引起的空气质量迁移相抵消，因此
空气的总质量迁移为0。
实际上不存在x组分的宏观流动。真正存在的流动是由于斯 蒂芬流动引起燃料蒸气向外对流，其数量为：
在一定程度上反映了燃烧空间内的燃料浓度分布，直接 影响燃料在燃烧空间内能否与空气良好混合以形成合理 的浓度场。

燃烧理论与基础 06第六章 液体燃料燃烧

燃烧理论与基础 06第六章 液体燃料燃烧
第六章 液体燃料燃烧
第一节 液体燃料燃烧特性
一、燃烧方式

液体燃料的燃烧方式可分为两类：一类为预 蒸发型；另一类为喷雾型。
二、重油燃烧过程

当重油油滴进入高温炉膛空间后，油滴被烟 气加热。

蒸发出来的油汽在足够高的温度下燃烧。 油滴燃烧所需时间主要由两段组成：重油油 滴蒸发产生的油汽燃烧所需时间，及其焦炭 核燃烧所需时间。
三、雾化性能参数

一般可用一些特性参数来表征喷嘴的雾化性 能。即雾化气流（或称雾化锥）中液滴群的 雾化细度、雾化气流的扩张角度（雾化角）、 雾化气流的流量密度分布、射程及流量等。 其中雾化细度、雾化角和流量密度分布较常 用。
1、雾化细度

雾化气流中液滴大小各不相同，液滴直径越 小则总表面积越大，蒸发、混合及燃烧速度 也就越快。
二、乳化油燃烧

乳化燃料燃烧是个复杂的过程，对其节能降 污机理较为成熟的解释是乳化燃料燃烧中存 在的“微爆”现象和水煤气反应，也就是从 燃烧的物理过程和化学过程来解释。

乳化油燃烧过程的物理作用即所谓“微爆” 作用。
图6-14 普通油和乳化油的燃烧过程

化学作用即水煤气反应。在高温条件下，部 分水分子与未完全燃烧的炽热的炭粒发生水 煤气反应，形成可燃性气体，反应式如下： C+H2O → CO+H2 C+2H2O → CO2+2H2 CO+H2O → CO2+H2 2H2+O2 → 2H2O
2

相对静止环境中液滴完全蒸发所需的时间τ0为：
d 02 0 K
K 8 g ln1 B cp 4qm d 0

称为直径平方－直线定律。

燃烧学第六章

燃烧学第六章

将上式改写，自液滴表面（r0和T0）到火焰锋面（r1和Tr） T r dr 积分 dT

r
T0
4
C p T T0 H

1
r0
r2
Cp 4 Tr T0 qm ln 1 1 1 H Cp r r 0 1
2013-7-13
三 斯蒂芬流例题
2013-7-13
哈尔滨工业大学（威海）汽车工程学院
18
三 斯蒂芬流例题
2013-7-13
哈尔滨工业大学（威海）汽车工程学院
19
6.2 液滴的蒸发
2013-7-13
哈尔滨工业大学（威海）汽车工程学院
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一、静止气流中的油滴特点 6.2 液滴的蒸发
2013-7-13
哈尔滨工业大学（威海）汽车工程学院
2013-7-13
哈尔滨工业大学（威海）汽车工程学院
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三、油雾的燃烧规律 6.4 液雾燃烧
2013-7-13
哈尔滨工业大学（威海）汽车工程学院
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四、液体的雾化 6.4 液雾燃烧
• 雾化液体燃料的原因 – 增加液滴进行反应的比表面积，增强与氧气的混合， 强化液体燃料燃烧 • 雾化定义 – 靠外界作用将连续的液流破碎成雾状的油液滴群的 过程 • 雾化原理 – 介质雾化：空气、蒸汽以一定的压力，高速冲击油 流，使其雾化。 – 机械雾化：油流高速旋转，脉动而破裂，同时与介 质作用，加强雾化。
2013-7-13
哈尔滨工业大学（威海）汽车工程学院
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五、强化油燃烧的途径
• 加强雾化，减小油滴直径，选用合适的雾化器 • 增加空气与油滴的相对速度。相对速度越大，越有利于燃 料和空气之间的扩散、混合，加强燃烧 • 及时、适量供风 – 及时供风，避免高温、缺氧造成燃料热分解 – 适量供风，提高燃烧效率 • 供风原则 – 少量一次风送入火焰根部，在着火前与燃料混合，防止 油在高温下热分解 – 燃烧中保证油雾与空气强烈混合，气流雾化角与油雾扩 散角相适应 – 保证后期混合，提高风速，使射流衰减变慢 – 在着火区制造适当的回流区，保证着火

燃烧学讲义第六章

燃烧学讲义第六章

第6章可燃固体的燃烧6.1固体燃烧概述6.1.1固体燃烧的形式根据各类可燃固体的燃烧方式和燃烧特性，固体燃烧的形式大致可分为五种。

（1）蒸发燃烧硫、磷、钾、钠、蜡烛、沥青等可燃固体，在受到火源加热时，先熔融蒸发，随后蒸汽与氧气发生燃烧反应，这种形式的燃烧一般成为蒸发燃烧。

樟脑，萘等易升华物质，在燃烧时不经过熔融过程，但其燃烧现象也可看作是一种蒸发燃烧。

（2）表面燃烧可燃固体（如木炭、焦炭、铁、铜等）的燃烧反应是在其表面由氧和物质直接作用而发生的，称为表面燃烧。

这是一种无火焰的燃烧，有时又称之为异相燃烧。

（3）分解燃烧可燃固体，如木材、煤、合成塑料、钙塑材料等，在受到火源加热时，先发生热分解，随后分解出的可燃挥发份与氧发生燃烧反应，这种形式的燃烧一般称为分解燃烧。

（4）熏烟燃烧（阴燃）可燃固体在空气不流通，加热温度较低、分解出的可燃挥发份较少或逸散较快、含水分较多等条件下，往往发生只冒烟而无火焰的燃烧现象，这就是熏烟燃烧，又称阴燃。

（5）动力燃烧（爆炸）指可燃固体或其分解析出的可燃挥发份遇火源所发生爆炸式燃烧，主要包括可燃粉尘爆炸、炸药爆炸、轰燃等几种情形，其中，轰燃是指可燃固体由于受热分解或不完全燃烧析出可燃气体，当其以适当比例与空气混合后再遇火源时，发生的预混燃烧。

例如能析出一氧化碳的赛璐珞、能析出氰化氢的聚氨酯等，在大量堆积燃烧时，常会产生轰燃现象。

这里需要指出的是，上述各种燃烧形式的划分不是绝对的，有些可燃固体的燃烧往往包含着两种或两种以上的形式。

例如，在适当的外界条件下，木材、棉、麻、纸张等的燃烧会明显地存在分解燃烧、阴燃、表面燃烧等形式。

6.1.2评定固体火灾危险性的参数固体燃烧特性比较复杂，评定其火灾危险性的参数主要包括：（1）熔点、闪点和燃点固体熔点是固体变为液体的初始温度；某些低熔点可燃固体发生闪燃的最低温度就是其闪点；固体燃点是指对可燃固体加热到一定温度，遇明火发生持续燃烧时固体的最低温度。

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α
0
α
x
13
1、雾化评价指标
④ 流量密度：单位时间内，
流过垂直于油雾方向的单位面 积上的燃油体积。
3 m q …… r
(m s)
2
14
① 雾化粒度
雾化评价指标
② 雾化油滴均匀性
③ 雾化角： ④ 流量密度：
15
雾化原理
油射流或薄膜由于射流紊流、周围气体的气动力 作用、液体中可能夹杂气体、喷枪的振动及喷嘴 表面不光滑等因素，不可避免地要经受扰动。扰 动使薄膜或射流产生变形，特别是在气动压力和 表面张力作用下，使得表面变形不断加剧，以致 于射流或薄膜产生分裂，形成液滴或不稳定的液 带，液带随之也破裂成液滴。若作用在液滴上的 作用力相当大，足以克服表面张力时，较大的液 滴就会破裂成较小的液滴，这种现象称为“二次 雾化”。
化同时降低油的粘度，故进入喷嘴的燃油粘度越
高时仍能保证雾化质量，采用空气作介质时，空
气压力低，雾化质量较差。
21
22
离心式
– 利用高压泵使油具有很高的压力（ 20~200bar ），并 以一定的角度沿切向方向进入喷嘴的旋转室，或者通 过具有旋转槽的喷嘴芯进入旋转室。 – 油的部分压能转换为动能，液体旋转运动，根据自由 旋涡动量矩守恒定律，旋转速度与旋涡半径成反比， 因此越近轴心，旋转速度越大，静压愈小，结果在喷 嘴中央形成一股压力等于大气压的空气旋流，而液体 则形成使空气芯旋转的环形薄膜从喷嘴喷出，然后液 膜伸长变薄并拉成细丝，最后细丝断裂为小液滴，这 样形成的液雾为空心圆锥形。
32
火焰锋面
O2—C∞
燃烧过程分析
δ
设半径r球面，通过其向内导热 量=油汽化且升温至T所需
dT 4 r qm C p (T T0 ) H dr
2
r1
λ：导热系数常数；T：当地（r）处温度 T0：油滴表面温度（饱和温度） qm：油流量（汽化量） H：单位质量油汽化潜热
4
4 3 1 2
6 5
5
7
1.油滴 2.油蒸汽区 3.燃烧区 4.外部 5.油蒸汽浓度 6.氧气浓度 7.温度
5
限制油滴燃烧的主要因素是与空气的混合 速度，即取决于空气向油滴表面扩散所需 的时间，属扩散燃烧。
物理化学过程：雾化→三传→受热蒸发→着火→燃尽
6
6.2
油的雾化
雾化效果影响了油燃烧的快慢及燃烧质量， 因此油的雾化是其燃烧过程中一个重要因 素。
33
火焰锋面
O2—C∞
对上式在（r0,T0）到（r1,Tr）积分
δ
Tr：锋面火焰温度（燃烧温度）
dT dr 4 qm 2 C p (T T0 ) H r0 r T0
Tr
r1
r1
Cp 4 qm ln 1 (Tr T0 ) 1 1 Cp ( ) H r0 r1
0.15
0.6
F(dp)
f(dp)
0.10
0.4
0.05
0.2
0.00 0 2 4 6 8 10
0.0 0 2 4
dp
dp
6
8
10
10
累积分布又分为筛上分布和筛下分布 dp max 筛上分布 Rd f d d d
p

dp
p
p
筛下分布
Dd p
dp
dp min
f d p d d p
（体面积平均直径）
8
粒度分布的表达形式
– – –
表格形式（离散） 直方图（离散） 函数形式（连续）
9
微分型（频率分布） 积分型（累积分布）
0.25
f d p
dFd p d d p
dp
F d p f d p d d p
0
1.0
R(dp)
0.20
0.8
D(dp)
油压、汽压均不高，入口油压0.7~2.1MPa， 汽压比油压高1MPa左右. 单只雾化器喷油量大，且雾化质量好，出 力约为3000~7000t/h. 调节比大，耗汽量低，一般为 0.07~0.14kg(汽) / kg(油),应用在燃油锅炉 较多。 保养较难,喷口易堵塞。
29
低压空气雾化喷嘴
油压较低,0.03~0.1MPa; 空气流速高,80m/s左右,风压2000~7000Pa;
气化加剧，燃烧强化。
39
对于Re=0时， Nuzl 2
1 1 Nu Re0 对于Re≠0时， ( Re0 ) zl 1 0.3Re 2 Pr 3 ， Nu
Nuzl 2(1 0.3Re Pr ）
1 2
1 3
k Re0
k
Re 0
1.67 （Re 10） ……3.67（Re=100）
19
6.2.2 雾化器
常用的油雾化喷嘴可以简单分为两类：
–机械式雾化器（离心式，旋杯式等） –介质式雾化器（以蒸汽或空气作介质）
① 机械式雾化器
依靠油泵的压力将液体燃料的压力 提高，使以较高的压力喷进燃烧室
20
②介质式雾化器
介质压力越高，破碎的液滴也越细，但消耗的能
量也越多。如用蒸汽做雾化介质，则还可以在雾
0.4
微分 分布 函数
f d p n
d
n 1 p n
d
e
dp d

n
0.3
0.2
n=4 n=3 n=2
积分分 布函n
0.1
F d p e
d n Rd 100 exp ( ) % d Rd：液滴群中，颗粒直径大于d的质量分数
第6 章
6.1 6.2 6.3 6.4
液体燃料的燃烧
油燃烧特点 油的雾化 油滴燃烧过程 油雾炬燃烧
6.5
油燃烧的组织及调风器
1
6.1
雾化
油燃烧特点
燃烧
油燃烧是一个复杂的物理化学过程，由 于油沸点低于其燃点，因此油滴总是先蒸 发成气体，并以气态的方式进行燃烧。
2
包含：雾化、受热蒸发、扩散混合、着火燃烧
(1)
34
火焰锋面
O2—C∞
dC 4 r D qm dr
2
δ
∵在∞：O2浓度C∞
r=r1,C=0
r1
C
dr 4 DdC qm 2 r 0 r1

1 1 4 D(C 0) qm ( ) r1
qm r1 4 DC
(2)
35
联立（1）（2），消掉r1得
17
雾化原理
液膜雾化：离心喷嘴喷出空心锥形液膜具有向外 扩张的惯性，而表面张力克服不了此惯性，于是 液膜继续向外扩张，液膜越来越薄，同时，表面 张力形成的表面位能也越来越高，使液膜越不稳 定。结果表明，液膜破裂成液丝或液带，并在表 面张力作用下继续分裂成液滴；流速较大时，除 了表面张力、惯性力及粘性力起作用外，由于相 对于周围气体的运动速度加大，气动力对液膜的 作用也加大，致使液膜扭曲和起伏形成波纹，再 被甩成细丝，继而形成小滴；流速很大时，液体 离开喷口便立即被雾化。
16
雾化原理
射流雾化：射流的紊流作用在射流表面的气动力 起主要作用，形成短波扰动，引起部分流体不断 从射流表面剥离而形成细小的液滴。随着射流速 度增加，会在波长较短的扰动波作用下产生射流 破碎，比低速射流破碎得更快，形成的液滴更细， 且液滴从射流表面分离的时间比低速射流时整个 流束破碎的时间短得多，几乎是在射流喷出后就 立即开始雾化，并在整个射流长度上连续进行。
18
控制雾化的准则数——韦伯数Weber number
v l W
2
其中ρ为流体密度，v为特征流速， l为特征长度， σ为流体的表面张力系数。 韦伯数代表惯性力和表面张力效应之比，韦伯数 愈小代表表面张力愈重要，譬如毛细管现象、肥 皂泡、表面张力波等小尺度的问题。一般而言， 大尺度的问题，韦伯数远大于1.0，表面张力的作 用便可以忽略。
1、雾化评价指标 2、雾化器
7
6.2.1 雾化评价指标
① 雾化粒度：表示油滴颗粒大小的指标
( <100m )表示油滴颗粒大小的指标，有平均直径，最
大直径，中值直径等，常用平均直径法（又包含算术平
均法，表面积平均法，体积平均法，质量平均法径等）
3 n d ii
索太尔平均直径（S.M.D）
2 n d ii
23
雾化器的性能主要还是通过实验测定来完成 的。 对于上述简单机械雾化器，其出力调节只能 调节进油压力的方法进行 ，负荷 ↓ 必须降低 Po↓→雾化质量下降。（回流雾化器就是为解 决此问题提出的）。
24
回油雾化器
如图，回油式喷嘴漩流室前后各有一个通道:一个通向喷孔; 一个通向回油管.两个简单机械雾化器并联使用.
25
总油量=喷油+回油
进油压力保持不变,则总进油量保持不变.
改变回油量,喷油量改变.
能保证油在漩流室的旋转强度,进而保证雾 化质量. 宽负荷调节范围.
适宜用于负荷变化大频繁场合.
26
27
气压
p1
油压
p2
混合压 p3
p2 p2 p2 ( )min ( ) max p1 p1 p1
28
Y型喷嘴
0 2 2 k
02 2
k
粒径平方-直线定律
38
① 2 ~ 线性变化
② 燃尽时间 0→ rj＝
02
k
，∴如 0 则 rj （雾
化质量是控制燃烧关键）
③ 该定律是针对扩散火焰的。
④ 如果油滴与气体间有相对运动，则两者之间的热
质交换都要增强，油滴气化所需热量供应更充足，