第七章液体燃料的雾化

ATOMIZATION OF LIQUID FUELSCOMBUSTION AND FUELSTHE PRINCIPLE OF LIQ UI DS ATOMIZATIONAtomization is the processwhereby bulk liquid is transformed into acollection of drops.This transformation goes throughthe break-up of liquid jet into a numberof filaments, which in turn transform intodroplets.COMBUSTION AND FUELSMECHANISMS OF LIQU I DS ATOMIZATION Three mechanisms:Disintegration of a liquid jet into a number of filaments, and then into small droplets, requires the surface tension forces of liquid to be overcome. It may happen on the three ways:–by surface tension between moving liquid jet and steady air which destabilise the jet and causes its disintegration into filaments,–by centrifugal forces of swirled liquid jet,–outer mechanical and electrostatic forces and by supersonic acoustic.COMBUSTION AND FUELSFLUID ATOMIZATION WITH DIFFERENT ENERGYCOMBUSTION AND FUELSJETS DISINTEGRATION AND DROPLETS BREAKUPPrimary liquid jetdisintegrationDroplets break-upCOMBUSTION AND FUELSRANGE OF LIQUID ATOMIZATIONRe = (UL)/νWe = (U2L)/σσ-the surface tensioncoefficientCOMBUSTION AND FUELS5 bars10 bars15 barsTORCH OF PLAIN-ORIFICE ATOMIZED OILCOMBUSTION AND FUELSLIQUID SHEET BREAKUPSwirled jetCOMBUSTION AND FUELSTYPES OF OIL INJECTORS/ATOMIZERSTypes of atomizers:-pressure-pneumatics-rotating plain-orifice swirl typeY typewith x-cross shape flowCOMBUSTION AND FUELSPRESSURE INJECTORS COMBUSTION AND FUELSPLAIN-ORIFICE ATOMIZER> 0.5 mmDo∆p = 0.3-1(5) MPaα= 5-15oSimple construction,Low quality of atomizationCOMBUSTION AND FUELSSWIRL ATOMIZERS COMBUSTION AND FUELSHOW A SWIRL NOZZLE WORKS COMBUSTION AND FUELSSWIRL NOZZLE:DESIGNd= 2-6 mmo∆p = 0.6-1.0 MPaα= 45-90oSimple constructionHigh reliabilityHigh quality of atomizationLow energy consumptionCOMBUSTION AND FUELSSWIRL NOZZLE: AN EXAMPLE COMBUSTION AND FUELSCOMPACT SWIRL ATOMIZER COMBUSTION AND FUELSTYPE OF FUEL CONESDelavanCOMBUSTION AND FUELSSWIRL ATOMIZER IN OPERATIONDispersed oil jetCOMBUSTION AND FUELSPNEUMATIC ATOMIZERS COMBUSTION AND FUELSCOMBUSTION AND FUELS PNEUMATIC ATOMIZER: PRINCIPLE OF OPERATIONConsumption of atomizing medium:δ=0.06-0,1 kg/kgatomizing mediumair / steamrecirculating small dropletsair jetlayer of fuel around theatomizing mediumabout 5 x diameter ofatomizing nozzleabout 40 x diameter ofatomizing nozzleliquid fuel small droplets formedoutside of the stream dispersion of the streamsmall droplets formedfrom the stream big droplets formed fromthe disintegration of thestreamdeformation wave of fuelPNEUMATIC ATOMIZER OF Y TYPE Pneumatic atomizer of Y type:1 –oil,2 –gas,3 –atomizing head,4 –nozzlesCOMBUSTION AND FUELSPNEUMATIC ATOMIZER OF CROSS-SHAPE FLOW TYPE Pneumatic atomizer of the cross-shape flow type:1 –oil,2 –gas,3 –oil injection,4 –gas injection,5 –mixing chamber,6 -nozzlesCOMBUSTION AND FUELSROTATING ATOMI Z ERS COMBUSTION AND FUELSOIL BURNER WITH ROTATING ATOMI Z ERCOMBUSTION AND FUELSCONTROL OF OIL FLOW RATECOMBUSTION AND FUELSATOMIZATION PRESSURE VARIATION 1.The simplest way for oiloutput/consumption control is variation of pressure of atomization.2.Disadvantage of this method of outputcontrol is loss of atomization quality due to reduction of atomization pressure.Rate of oil output ∼(∆p)0.5COMBUSTION AND FUELSTwo-step control of oil flow rateScheme of single chamber two-step oilatomizer:1 –valve, 2, 3 –recalculating pipesCOMBUSTION AND FUELSCOMBUSTION AND FUELS CIRCLE MECHANICAL (RETURN-FLOW) ATOMIZER Fuel nozzleOil tankNozzle Pump ValveCIRCLE OIL ADJUSTING VALVE1 –VALVE,2 –SWIRL CHAMBER,3 –OIL CIRCLE HOLESCOMBUSTION AND FUELSTWO-NOZZLES ATOMIZERI –nozzleII -nozzleCOMBUSTION AND FUELSQUALITY OF ATOMIZATION COMBUSTION AND FUELSPARAMETERS OF ATOMIZATION–output,kg/s–angle of dispersion, deg–droplets distribution,–mean diameter of dispersion, m.COMBUSTION AND FUELSCHARACTERISTICS OF ATOMIZING NOZZLECOMBUSTION AND FUELSOUTPUT of PRESSURE ATOMIZERSOutput m of pressure atomizers is defined as follows:∆p)0,5m= µA(2ρcwhere: A is the area of the nozzle output,p is pressure and µis the outflow coefficient.COMBUSTION AND FUELSDROP SIZE DISTRIBUTIONDrop sizedistribution curves COMBUSTION AND FUELSCHARACTERISTIC OF DROPLETS SIZEMean drop size:mean drop sizeMDS= [(ΣnD3/ΣnD)]0,5,Sauter mean drop sizeSMDS= ΣnD3/ΣnD2.COMBUSTION AND FUELS。

联大系统河南理工大学-消防工程-燃烧学所有答案列举四种煤的特种分析方法：热重分析，着火指数分析，沉降炉实验，一维燃烧炉实验，热显微镜法，重力筛分法，。

答案是：比表面积法阿累尼乌斯定律指的是化学反应速度常数与（）的关系答案是：反应温度液体燃料的雾化方式可分为介质雾化和两种类型。

答案是：机械雾化燃烧过程中产生NO的主要原因是：燃烧过程中有N元素、（）、氧化气氛答案是：高温对于碳氢燃料燃烧时生成的炭黑，按其生成机理及其特殊形式，有气相析出型炭黑，剩余型炭黑，（）以及积炭等几种形式答案是：雪片型炭黑按照碳燃烧的异相反应理论，当反应温度低于1300℃时，碳粒表面反应的关键控制步骤是答案是：络合物离解反应煤粒一次热解后，生成的产物分为两大类，分别是和焦炭。

答案是：挥发分链锁反应的三个基本步骤是链的激发、和链的销毁答案是：链的传递按照燃料和空气燃烧过程的气体动力学特性，固体燃料的基本燃烧方式可以分为层燃、和煤粉燃烧三种。

答案是：流化床燃烧链式着火过程主要是活化中心局部增加并加速繁殖引起的，由于活化中心会被销毁，所以链式着火通常局限在活化中心的繁殖速率大于销毁速率的区域，而不引起整个系统的温度大幅度增加，形成“（）”。

答案是：冷焰答案是：链传播链式着火由于某种原因，可燃混合物中存在（），活化中心产生速率大于销毁速率时，导致化学反应速度不断加速，最终导致着火。

答案是：活化中心某一反应温度由400℃增至410℃时，反应速率将至原来的e=2718倍，该反应的活化能等于381939J/mol。

答案是：增加热着火：可燃混合物由于本身氧化反应放热大于散热，或由于外部热源加热，温度不断升高导致化学反应不断（），积累更多能量最终导致着火答案是：自动加速火焰传播速度是指火焰传播，指当（）在某一区域被点燃后，火焰从这个区域以一定速度往其它区域传播开去的现象。

该速度称为火焰传播速度。

答案是：可燃混合物根据燃烧理论，煤粉炉炉膛（）脱落后，导致着火困难，其原因是炉内温度水平降低。

液体燃料的燃烧方法液体燃料燃烧时，一般不发生液相反应，它通常是蒸发成为燃料的蒸气，然后蒸气和氧气发生反应而实现燃烧。

因此，根据蒸发方法不同而有如下的燃烧方式：（1）液面燃烧液面燃烧是一种依靠热辐射和热对流原理从附近火焰传热到液面，使液体燃料蒸发，然后在液面的上部进行扩散式燃烧，如煤油的釜式燃烧图5-28就属此种方式。

图5-28 釜式燃烧图5-29 灯芯燃烧(2)灯芯燃烧灯芯燃烧是一种依靠灯芯将燃料从下面的液体燃料贮藏器中吸到灯芯的顶部，并在灯芯的表面蒸发，然后进行扩散式燃烧，如常用的煤油灯燃烧和煤油炉燃烧就属此种燃烧方式(图5-29)。

(3)蒸发燃烧蒸发燃烧是—种利用一部分燃烧热量使液体燃料在蒸发管中受热而蒸发，然后象燃气一样和空气混合进行燃烧的方式。

如燃气轮机的蒸发式燃烧器及加压式燃烧器的燃烧方式就属此类。

图5-30为液体燃料的蒸发燃烧机理示意图。

图5-30 蒸发燃烧(4)喷雾燃烧喷雾燃烧是用喷雾器把液体燃料雾化成无数的直径为几微米至几百微米的微小油滴，然后和空气或氧气混合进行燃烧。

在燃烧过程中，它包含着液体燃料的雾化、喷雾和空气 (或氧气)的混合、油滴的蒸发和燃烧等单元过程所组成。

如柴油发动机和燃油锅炉的燃烧方式就属此类。

图5-31为喷雾燃烧机理示意图。

喷雾燃烧的燃烧工况与燃烧装置大小、所用燃料种类、雾化和混合的方法等有关，通常有以下四种燃烧工况：1)雾化好、油滴小、燃烧用的一次空气量多由于油滴小、蒸发快，而且一开始就有充足的空气量混合进去，故有着和气体燃料预混合燃烧器相类似的燃烧过程。

2)雾化好、一次空气量少仅管油滴的蒸发是快的，但因一次空气量不足，故有着和气体燃料扩散式燃烧相类似的燃烧过程。

3)雾化差、油滴大，一次空气量多由于有充足的空气，整个燃烧过程主要取决于油滴的蒸发速度，而油滴的蒸发快慢除与油滴大小有关外，还取决于液体燃料的种类和特性。

4)雾化差、一次空气量又少此种情况中，油滴的蒸发速度以及从周围的空气的扩散这两个因素同时对燃烧过程起着支配作用。

-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》
雾化特性参数
CONTENTS
-2-
1雾化细度
2液滴尺寸分部
3雾化锥角
4雾化均匀度
5流量密度分布
6雾化射程
质量中间直径(MMD d
m )
1
•液雾中大于这一直径的所有液滴的总质量恰好等于小于这一直径的所有液滴的总质量；
•MMD越小，真实液雾中的小颗粒所占的比例越大
雾化炬颗粒尺寸分布特性曲线
d m与d32可能存在很大的差别，它
们之间存在一定的关系。

•雾化细度并不是越小越好。

•对于强化燃烧过程，雾化过细，
马上被气流带走，在某一区域形
成过浓的混合物；而在油滴无法
喷射到的地方，混合物的浓度却
很稀。

要求液滴直径在20~200 µm之间，且液滴的中间直径不大于75~100 µm
液滴的尺寸分布。