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第五章着火和火焰的稳定性

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第五章火焰传播和火焰稳定性

第五章火焰传播和火焰稳定性


长度较长
长度较短
火焰稳定，表面光滑
火焰抖动，呈毛刷状
燃烧时较安静
燃烧时有噪声
流动面积小，粘度系数大 流动面积大，粘度系数小
湍流火焰传播
特点：
• 湍流使火焰面变弯曲，
层 流
湍 流
增大反应面积
火
火
• 湍流加剧了热和活性
焰
焰
中心的输运速率，增
大燃烧速率
• 湍流缩短混合时间， 提高燃烧速率
• 湍流燃烧，燃烧加强， 反应率增大
T0
层流火焰传播速度是与预混气的物理化学性质有关
宏观角度分析：
L u L
在固定火焰、稳定燃烧条件下：
导入热量
QD

Tm
L
T0
/ A
获得热焓量 Q h u L A 0C P (Tm T 0)
Q

A
t



Q mC p t
火焰传播速度
a
uL

dT dx C
2 Tm
WQdT
Ti
dT dx
p

uL

0 C p Ti
T0
则求得传播速度为：
uL
Tm
2 WQdT Ti

2 0
C
2 P
Ti T0
2
层流火焰传播速度uL表达式（3）
因为预热区反应速度很小
Ti
u L d 3 pr 2 k d
优点 • 可测定不同压力下、温度 下的以及高压情况下的火焰 传播速度 • 只适用火焰传播速度快的混合气
移动火焰测量法
平面火焰法
燃烧理论基础

燃烧理论基础

只需较少旳活化能
三、链式反应旳分类
新旳活化中心旳数目等于或不小于原有旳活化中心旳数目
链式反应分为
不分支反应 分支反应
四、氢气与空气旳反应——分支链式
爆炸反应
2H 2 O2 2H 2 0
反 H原应子开为始活化中心，H 2M为M任何2活H化分M子
中间反应
H O2 0H O （慢）
O H 2 H OH
第一节、燃烧反应速度及其影响原因
燃烧反应和化学反应一样，根据参加反应旳物质不同分为：
均相燃烧—气体燃料在空气中燃烧 异相燃烧—固体燃料在空气中燃烧，煤粉燃烧
一、反应速度旳定义
根据质量作用定律，反应速度有不同旳定义方式：
第一种定义：单位时间内和单位体积内燃烧掉旳燃料量或 消耗旳氧量
aA bB gG hH
kzC0
ks
k
ks k
ks k
不同反应区域分析 —动力与扩散燃烧理论
（1）动力区（化学动力控制区）
温度较低：碳表面化学反应速度远不大于氧气向 表面旳扩散速度，氧气供给充分，足够反应所需。 燃烧速度取决于化学反应速度，反应处于动力区。
K很小（温度很低），1/k很大，所以
1 1
k ks
w kC0
对于异相反应－煤粉与空气混合物
w kf ACBn
f A —单位容积可燃混合物内煤粉的表面积； CB —氧气的浓度。
二、影响化学反应速度旳主要原因
1，浓度 从前面反应速度旳定义式，可知：浓度越大，反应速度越
快。 原因：燃烧反应属双分子反应，只有当两个分子发生碰撞
时，反应才干发生。浓度越大，即分子数目越多，分子间 发生碰撞旳几率越大。
第二种定义：
在一定旳温度下，化学反应速度和各反应物旳浓度成正比 1867年由Guldberg和Wage提出 对均相反应：
火焰传播与稳定理论打印版概要课件

火焰传播与稳定理论打印版概要课件

灭火技术研发
基于火焰传播与稳定理论，可以研究新型的灭火技术和方法，例如定向爆破、抑制火焰传播等，提高灭火效果和 安全性。
05
火焰传播的未来研究方向
高温燃烧的火焰传播研究
总结词
研究高温燃烧条件下火焰传播的特性、机制和规律，为高效、环保的燃烧技术提供理论支持。
详细描述
随着能源需求的增加和环保要求的提高，高温燃烧技术成为研究的热点。高温燃烧的火焰传播具有不 同于常温燃烧的特性，如更快的传播速度和更复杂的化学反应过程。因此，研究高温燃烧的火焰传播 对于提高燃烧效率、降低污染物排放具有重要意义。
感谢您的观看
THANKS
火焰传播的稳定性分析
1 火焰传播的稳定性定义
火焰传播的稳定性是指火焰在受到扰动 后能否保持稳定传播的能力。如果火焰 在受到扰动后能够恢复稳定传播，则称 其为稳定的；反之，则为不稳定的。
2
线性稳定性分析
线性稳定性分析是一种常用的方法，通 过求解偏微分方程的线性化版本，可以 得到火焰传播的稳定性条件。这种方法 可以确定火焰是否对某些类型的扰动具 有稳定性。
3
非线性稳定性分析
对于更复杂的扰动，需要采用非线性稳 定性分析方法。这种方法考虑了非线性 效应，可以更准确地预测火焰的稳定性 行为。
火焰传播的数值模拟方法
数值模拟的重要性
由于火焰传播过程的复杂性，解析方法很难得到精确解。因此，数值模拟成为研究火焰传 播过程的重要手段。
数值方法的选取
常用的数值方法包括有限差分法、有限元法和有限体积法等。选择合适的数值方法需要考 虑计算精度、计算效率和数值稳定性等因素。
火焰传播与稳定理论打印 版概要课件
目录
• 火焰传播基础 • 火焰传播理论 • 火焰传播的影响因素 • 火焰传播的应用 • 火焰传播的未来研究方向
火焰传播和火焰稳定性77页PPT

火焰传播和火焰稳定性77页PPT



谢谢
11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
火焰传播和火焰稳定性
21、没有人陪你走一辈子，所以你要 适应孤 独，没 有人会 帮你一 辈子， 所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿． 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便 让别一 只脚能 够再往 上登。
稳定火势与控制火灾传播

稳定火势与控制火灾传播


VS
社区消防宣传
利用社区宣传栏、活动中心等场所，定期 开展消防宣传活动，提高社区居民的消防 安全意识。
定期进行消防演习和培训
消防演习
定期组织消防演习，模拟火灾场景， 让公众亲身体验火灾的危害和掌握逃 生技能。
培训与考核
对消防人员进行专业培训和考核，提 高其专业素质和应对火灾的能力。
感谢您的观看
THANKS
稳定火势与控制火灾 传播
汇报人：可编辑 2024-01-04
目录
CONTENTS
• 火势稳定和控制的重要性 • 控制火源和燃烧物 • 灭火设备和技术的应用 • 火场逃生和救援 • 火灾预防和宣传教育
01 火势稳定和控制的重要性
保护生命安全
01
02
03
及时疏散
在火灾发生时，应迅速疏 散建筑物内的人员，确保 他们的安全。
02 控制火源和燃烧物
隔离火源
关闭火源附近的电器 和燃气设备，以防止 火势扩大。
使用灭火器、灭火器 材或水源等手段，迅 速扑灭初始火源。
将易燃物品移至安全 区域，远离火源，以 减少可燃物。
移除可燃物
清除火源周围的易燃物品，如纸张、布料、木材 等，以减少可燃物。
关闭门窗、通风管道等，以减少空气流通，减缓 火势蔓延。
和反应速度。
火场自救技巧
保持低姿行进
在火场中尽量保持低姿，用湿布捂住口鼻，以减少吸入烟雾。
关闭门窗
逃生过程中要关闭门窗，以减缓火势蔓延。
寻找避难所
在无法逃出火场时，寻找安全的避难所，如卫生间、楼梯间等，用 湿布塞住门缝等待救，首先要确保自身安全，避免盲目冒险 。
灭火器
干粉灭火器
利用干粉灭火剂瞬间释放大量的非活性气体来抑制火焰燃烧 。适用于扑灭固态物质、液体和气体火灾以及电气设备火灾 。
燃烧理论思考题

燃烧理论思考题

《燃烧工程》思考题第一章煤的基本性质第一节煤的成分与表示方法1.煤中的主要成分是什么？其中的有机可燃质主要包括什么？2.收到基、空气干燥基、干燥基和干燥无灰基成分的表示方法？3.不同基煤的成分换算关系如何？第二节煤的分析1.煤的元素分析和工业分析分别分析什么？2.为什么要对煤进行工业分析？3.如何进行挥发分测定？煤中的挥发分是定值还是变值？4.煤灰在变形温度、软化温度和流动温度下有什么特征？5.何为煤的高位发热量和低位发热量？工业应用中一般利用哪一种发热量？6.不同基之间的发热量如何进行转换第三节煤的分类1.根据煤的碳化程度可将其分为几类？他们分别是什么？2.烟煤、无烟煤的最大特点是什么？3.V AWST代表什么？其高、中、低值如何区分？4.工业锅炉行业煤主要以什么指标进行分类？第四节煤的理论燃烧温度1.何为煤的理论燃烧温度？2.煤的理论燃烧温度主要有那些量决定？3.煤的低位发热量、过量空气系数、空气中的氧浓度、以及煤和空气的温度对煤的理论燃烧温度有什么影响？第二章煤燃烧化学反应动力学基础第一节化学反应的分类1.什么是简单反应、复杂反应、可逆反应、平行反应、串联反应、链锁反应？第二节化学反应速率及其方程式1.什么是质量作用定律？它的使用范围？第三节反应级数1.什么是反应级数？什么是零级反应、一级反应、二级反应、三级反应？2.一级反应、二级反应的速率方程？一级、二级反应的特点？3.反应级数与反应分子数有什么不同？第四节阿累尼乌斯定律及活化能1.常见的反应速率与温度关系的五种类型？2.什么是阿类尼乌斯定律？它的使用范围？3.什么是活化分子？活化能？活化能的大小说明了什么？第五节反应速率的理论1.什么是碰撞频率、有效碰撞频率、有效碰撞份额？2.什么是活化络合物？第六节影响化学反应速率的因素1.活化能的大小对化学反应速率有何影响？2.温度对化学反应速率有何影响？3.反应物浓度对化学反应速率有何影响？4.压力对化学反应速率有何影响？第七节链锁反应1.简述链锁反应过程的三个阶段。

第五章 火焰传播和火焰稳定性

第五章 火焰传播和火焰稳定性


火焰结构及其特征

u0=uLT 0 m,Cf,0 Cf,0
火焰前锋驻定
up,Tm p
p
Ti
c
Tm
Cf0→0 T0
w -x i +x
火 焰 结 构 及 参 数 分 布 示 意 图
火焰结构及其特征
火焰前沿分两个区：物理预热区和化学反 应区 前沿厚度很小，但温度梯度和浓度梯度很 大，存在强烈的热传导和物质扩散 火焰前沿在预混气中移动，是由于反应区 放出热量不断向新鲜混合气传递及新鲜混 合气不断向反应区中扩散。
•泽尔多维奇和弗朗克-卡门涅茨基的分区近似解

在预热区：反应速度W近似为零
dT d dT 0u L C p dx dx dx dT 边界条件：x , T T0 , dx 0 x p , T Ti
积分后：
uL dT 0C p Ti T0 dx p
t Q A
获得热焓量 Qh uL A0CP (Tm T 0) 火焰传播速度
uL a W
Q mCp t
a
0C P

选定燃料的火焰速度计算公式
往复式内燃机和燃气轮机在典型温度和压力下的经验 公式：
参考温度下：uL,ref BM B2 ( M )

燃烧前沿的导热微分方程
能量微分方程为：
dT d dT 0u L C p WQ dx dx dx
对于绝热条件，火焰面的边界条件为
dT x , T T0 , 0 dx dT x , T Tm , 0 dx
层流火焰传播速度uL表达式（1）
则求得传播速度为：
火灾形式稳定性分析报告

火灾形式稳定性分析报告

火灾形式稳定性分析报告概述在建筑和工业领域中，火灾是一种常见的危险情况。

为了保障人员安全和财物安全，对于不同类型火灾的形式稳定性进行分析非常重要。

本文将针对火焰燃烧、气体爆炸和颗粒爆炸这三种主要的火灾形式进行评估和分析。

一、火焰燃烧的形式稳定性分析1. 火焰的自由扩散在空气中，当温度达到一定程度时，可导致可燃物燃烧并形成火焰。

通过分析火焰的高度、强度和紊乱程度等指标，可以评估其形式的稳定性。

通过合理设置通风系统，并采用适当的消防设备来控制火焰蔓延范围，可以有效降低火灾造成的损失。

2. 火源与周围环境关系在考虑火灾发展过程时，需要综合考虑着火源与周围环境之间存在的相互作用关系。

例如，在一个密闭空间内，如果着火源释放出大量的热量和燃烧产物，会导致局部温度快速升高，从而造成更大范围内的火灾扩散。

因此，对于不同环境条件下的火源行为进行分析，有助于制定有效的火灾安全措施。

3. 火焰流动与传播火焰在燃烧时会产生气体和烟雾等废气，并伴随着剧烈的火焰流动和传播。

通过模拟火焰在封闭空间中的运动轨迹以及其对建筑物结构和人员的影响，可以评估火灾形式稳定性。

并采取合适的措施来降低火灾蔓延风险，如设置防护设备、建立合理的应急通道等。

二、气体爆炸形式稳定性分析1. 混合气体爆炸混合气体爆炸是指可燃气体与空气在一定浓度范围内达到点火源时发生爆炸反应。

通过确定混合比例、点火源特性以及容器结构强度等参数，并进行精确计算和仿真模拟，可以预测爆炸形式的稳定性，并采取相应的安全措施，如通风体系改善、强化容器结构等。

2. 燃气泄漏引发爆炸在工业生产过程中，由于管道、设备或储存装置等原因，会发生燃气泄漏情况。

当泄漏处与火源接触时，可能引发爆炸事故。

通过分析泄漏速度、泄漏位置和周围环境条件等因素，可以评估火灾的形式稳定性，并采取适当的控制措施，如加强管道密封、提高检修管理水平等。

三、颗粒爆炸形式稳定性分析1. 颗粒物自然堆积下爆炸风险在某些特殊行业领域，如面粉厂、饲料加工厂等，在生产和储存过程中颗粒物会堆积并累积静电能量。

第05章 燃气燃烧方法

第05章 燃气燃烧方法

24
第二节 部分预混式燃烧
三、部分预混紊流火焰
• 紊流火焰的特点：火焰长度短，顶部圆，焰 面皱曲，火焰厚度增加，表面积增加。 • 紊流火焰结构： ¾ 焰核：燃气空气混合物尚未点着的冷区 ¾ 焰面：着火与燃烧区 ¾ 燃尽区：此区边界看不见，通过气体分析确 定。
25
第二节 部分预混式燃烧
四、紊流预混火焰的稳定 • 紊流火焰工作的稳定区变得很窄，常常全 部消失，只有人工办法稳焰。 • 要想稳焰，就要想办法在局部地区保持气 流速度和火焰传播速度之间的平衡。 ¾ 从气流速度着手→流体动力学方法 ¾ 从改变火焰传播速度着手→热力学和化学 方法
二、部分预混层流火焰的确定
• 离焰：当燃烧强度不断加大，气流速度v↑， 使得v=S的点更加靠近管口，点火环变窄，最 后使之消失，火焰脱离燃烧器出口，在一定 距离以外燃烧。 • 脱火：若气流速度再增大，火焰被吹熄。 • 回火：若进入燃烧器的燃气流量不断减小， 即气流速度v↓，兰色锥体高度↓，最后由于 气流v小于Sn，火焰缩进燃烧口，熄灭。
16
第二节 部分预混式燃烧
• 分析根部：在火焰根部气速度降为0，但 火焰不会传到燃烧器里去。 •在1-1环上，S<v→推离 •在2-2环上，S>v→回燃 •必存在3-3环，该环上 S=v，该环没有切向分 速，φ=0→水平焰面→点 火源→又称点火环，使层 流火焰根部得到稳定。
17
第二节 部分预混式燃烧
28
第三节 完全预混式燃烧
• 在部分预混式燃烧的基础上发展起来的， 技术合理。广泛应用。 • 在下列条件下进行的燃烧，称为完全预混 式燃烧，又称无焰燃烧 • 进行完全预混的条件： ¾ 燃气和空气在着火前预先按大于等于化学 计量比混合均匀（即α’≥1）； ¾ 设置专门的火道，使燃烧区保持稳定的高 温。
05汽油机燃烧-孙柏刚-文字

05汽油机燃烧-孙柏刚-文字


19
六 不同工况下的燃烧过程的特点
3． 负荷不同时的燃烧过程 （n=c，节气门开度不同）
节气门开度减小充量系数 急剧下降、废气量不变τi增，火 焰传播慢，Pzmax、Tzmax降…. 负荷减小、散热的比例也将 增加。 节气门开度减小(负荷小)， 最佳点火提前角要提早。 可用分电器内的点火提前真 空调节器来自动调节。
四 火焰传播速度
燃烧速率（火焰速度）是指反应区（燃烧前锋）相对于未燃混合气的 移动速度 决定放热速率；火焰传播速率（总火焰速度）是指火焰相对 于静止燃烧室壁面的运动速度 决定已燃-未燃区变化，影响爆燃。 1）层流火焰速率SL 相对未燃混合气 2）湍流火焰速率ST 火焰前锋扭曲、分裂、多燃烧中心、混合增强、火 焰前锋厚度、面积增大。ST=SL*FSR ；FSR——火焰速率比 3）火焰传播速率Sf=ST+Se
强烈爆燃对发动机工作的影响一次效应二次效应在次效应结果机械载荷k机械效率m零件应力k可靠性m轴承轴轴瓦dpdjkk噪音5000hz振动k破坏附面层换热系数k零件温度k表面点火传热损失k冷却润滑系统过热p油膜不易形成磨损加剧拉缸烧瓦局部点tzmax有所k高温分解k热效率m末端气体低温燃烧爆燃形成的反向压力波对减少后燃并没有好处
23
第二节 燃烧稳定性 （燃烧的循环变动）
1．现象
汽油机燃烧的一大特点。稀燃、低速、低负荷加剧
2．危害
1）难或不能实现最佳控制； 2）排放高； 3）性能变差，输出转矩变动，车辆驱动性能恶化
24
第二节 燃烧稳定性 （燃烧的循环变动）
3．表征参数
1）与气缸压力有关的参数； 2）与燃烧速率有关的参数； 3）与火焰前锋位置有关的参数 平均指示压力变动系数CoVimep=标准偏差σpmi/ pmi均值。为保证 车辆驱动性能CoVimep<10%为宜。示功图测量应多循环平均。 σpmi为pmi的标准偏差；pmi均值为pmi的平均值。
第五章 着火 熄火及火焰稳定

第五章 着火 熄火及火焰稳定


• 一温度影响 • 系统温度升高，将使 可燃性边界拓宽 • 温度对可燃边界的影 响规律可接近图 • 温度对可燃边界的影 响通常要小于压力的 影响
• 二 压力影响 • 对于简单碳氢燃料， 富油可燃性边界几乎 随压力线性增加，且 燃料体积分数的增加 率约为每个大气压增 加0.13%
• 燃料 空气的运动速度 也会对其可燃边界带 来影响，基本规律如 图所示
• 燃烧能够发生的必要条件是：容器内均匀 混气的化学反应放热qr必须大于混合物向容 器外的散热ql • qr=ql • 燃烧发生的临界点是：容器内均匀混气的 化学反应放热qr曲线与混合物向容器外的散 热ql曲线的相切点 • qr=ql
着火边界
• 概念：是指燃烧系统初始参数相互组合， 使系统达到着火临界条件时，这些参数所 构成的曲线。 • 总结 • 系统初始温度越高，越容易着火； • 系统压力越高，也容易着火 • 系统初始浓度越接近当量比，这越容易着 火
• 强迫着火的临界条 件：
• 一 为点火源局部高温 能诱发附近可燃介质 燃烧 • 二 为燃烧火焰能传遍 整个燃烧系统
• 最小点火能量：
• 针对预混可燃气在静 止状态下用火花塞点 燃的问题。 • 系统压力升高，会减 小最小点火能量
可燃性边界
• 贫油可燃性边界：对于特定的环境和特定 的燃料，都存在某种浓度边界，当燃料浓 度小于该边界时，燃料不能被点燃。该边 界值就称为….. • 富油可燃性边界：对于特定的环境和特定 的燃料，也存在某种浓度边界，当燃料浓 度大于该边界时，燃料不能被点燃。该边 界值就称为…..
• 低速气流火焰稳定的条件： • 1 对于锥形火焰面而言，火焰传播速度与流 体流动速度沿垂直焰峰表面的峰量相等 • 2 在焰峰根部或上游存在一个稳定的点货源 并有足够的能量高速流下火焰稳定Fra bibliotek型二类模型

第一章航空发动机燃烧室概述2010.04.03

1）燃烧室出口温度分布系数OTDF
Tt 4 max Tt 4 OTDF Tt 4 Tt 3
2）燃烧室出口径向温度分布系数RTDF
Tt 4 r max Tt 4 RTDF Tt 4 Tt 3
15/34
出口温度场分布要求：
（1）火焰除点火过程的短暂时间外，不 得伸出燃烧室； （2）沿涡轮进口环形通道的圆周方向， 温度尽可能均匀，要求OTDF＜0.2， RTDF=0.08-0.12。在整个出口环腔内最 高温度Tt4max与平均温度Tt4之差不得超 过100-120 ℃。 （3）沿叶高（径向）温度分布应符合中 间高两端低的要求-----等强度原则。
3 3
2 qma RT3 p34 b 2 2 Am p3
qma T3 p R b ( ) p 2 Am p3
34 3
41/37
☆ 主燃烧室熄火特性 ◇余气系数过大引起熄火称为贫油熄火， ◇余气系数过小引起熄火称为富油熄火， ◇余气系数在两者之间，燃烧室才能稳定燃烧。 ◇ 燃烧室进口空气流速c3越大，燃烧稳定工作的范 围越小 ◇ 进口空气流速越大就要求余气系数更接近最佳的 余气系数值 ◇ 进口空气流速过小，使空气流量太小，喷油量太 少，雾化质量差，也不能保持稳定燃烧。
16/34
17/34
6. 尺寸小重量轻（燃烧室容热强度、火焰筒容热强度）
由燃烧室或任何别的热量发生装置放出的热量取决于燃 烧区的容积。因此，为了获得要求的高功率，一个相当 小而紧凑的燃气涡轮燃烧室必须以极高的放热率放热。 例如，在起飞状态，一台R-R公司的RB211-524发动机 每小时消耗9368kg燃油。这种燃油具有大约43120kJ/kg 的热。因此，该燃烧室每秒释放将近112208kJ的热量。 定义：单位压力下，每单位燃烧室容积内， 每小时燃烧燃料所释放出的热量。

第五章 着火及着火理论

2009-5-13University of Shanghai for Scienceand Technology1第五章着火及着火理论重要性：燃料与氧化剂形成的可燃混合气体必须经过着火阶段才能进行燃烧，而实现着火须具备一定的着火条件，因此着火是燃烧理论中重要组成部分。

要求：掌握不同着火方式的特点及影响着火、熄火的因素与规律，理解热自燃理论、强迫着火理论。

2009-5-13University of Shanghai for Scienceand Technology2研究着火与熄火的意义从无化学反应向稳定强烈的放热反应的过渡过程。

熄火从稳定强烈的放热反应向无化学反应的过渡过程。

着火¾迅速、可靠地点火¾稳定的燃烧¾防火、防爆2009-5-13University of Shanghai for Scienceand Technology3影响着火与熄火的因素化学动力学因素：¾燃料性质¾混气成分¾环境温度流体力学因素：¾气流速度¾燃烧室结构尺寸2009-5-13University of Shanghai for Scienceand Technology4着火方式自燃着火点燃着火热自燃着火理论链锁自燃着火理论点燃方法简介点燃理论q 1>q 2活性中心增殖2009-5-13University of Shanghai for Scienceand Technology5¾点燃（强迫着火）：¾链锁（化学）自燃：不需要外界加热，在常温条件下依靠自身的化学反应发生的着火过程。

¾热自燃：着火方式将燃料和氧化剂混合物迅速而均匀地加热，当混合物被加热到某一温度出现火焰。

用电火花、电弧、热板等高温源使混合气局部受到强烈地加热而先着火，然后火焰传播到整个空间。

2009-5-13University of Shanghai for Scienceand Technology6着火方式的区别与联系9热自燃与点燃的区别在于整体加热与局部加热，着火机理均基于热活化。

5,6章燃烧学思考题和作业题

第五章气体燃烧本章知识要点预混燃烧和扩散燃烧的概念；预混气的热自燃理论和点燃理论；层流预混火焰和扩散火焰的传播理论；湍流预混火焰和扩散火焰的经典理论；火焰稳定性理论。

重点1.预混可燃气的着火和自燃理论：绝热条件下预混可燃气着火自燃理论，非绝热条件下谢苗诺夫非稳态着火自燃理论。

2.预混可燃气体的点燃理论：无穷大平板点燃理论——零值梯度理论3.层流预混火焰传播理论：层流火焰传播的综合性理论4.层流扩散火焰：扩散火焰的本生灯试验，脱火、回火，扩散火焰特点5.湍流预混和扩散火焰传播：湍流火焰传播的经典模型简介6.射流火焰：自由射流、旋转射流和直流交叉射流火焰的特点7.火焰的稳定性：火焰稳定的基本原理和方法复习思考题1.绝热条件下自燃过程的温度、浓度随时间的变化特征。

2.用谢苗诺夫的非稳态热力着火理论分析热力着火中的自燃现象。

3.用点燃条件下的零值梯度理论分析无限大平板上燃气点燃现象。

4.着火感应期，着火过程的时间特征。

5.燃料的可燃界限，影响燃料可燃界限的因素有哪些？6.层流和湍流的火焰传播速度，火焰锋面厚度。

7.层流火焰传播速度求解的热理论和综合性理论。

8.影响层流火焰传播速度的因素有哪些，影响规律如何？9.运用层流火焰传播理论分析层流火焰传播的稳定性。

10.湍流火焰的分类和湍流火焰的特点。

11.影响湍流火焰传播速度的因素。

12.应用火焰稳定的均匀搅混热平衡原理和传热原理分析湍流火焰的稳定性。

13.预混火焰和扩散火焰的各自特点。

14.工程上稳定火焰的措施。

作业题1.煤堆自燃导致能源的浪费和设备受损伤，因此必须防止。

现有下列现象，请用自燃热力着火理论加以解释：（1）褐煤和高挥发分烟煤容易自燃；（2）煤堆在煤场上日久后容易自燃；（3）在煤堆上装上通风竖井深入煤层深处，可防止自燃；（4）如果用压路机碾压煤堆，使之密实，可防止自燃。

2.热自燃或热爆炸和链式爆炸有什么区别？请分析原因。

3.请解释为什么发动机在高原、冬季难发动？4.试讨论影响层流火焰传播速度的因素，如果预混可燃气由甲烷+氧气（摩尔比1：1）换成乙烷+氧气（摩尔比1：1），层流火焰传播速度会有什么变化？如果预混可燃气甲烷+氧气的摩尔比由1：1变为1：2，层流火焰传播速度有什么变化？5.请全面比较预混火焰和扩散火焰的优缺点，并说明为什么工程上燃用气体或液体燃料时一般不用一次空气为零的纯扩散火焰？6.点燃煤气时一定要先放明火后开气阀，这是“火等气”的操作方式。

摩托车发动机原理 第五章 内燃机中燃料的发火与燃烧


（三）补燃期（后燃期）
从最高压力点开始到燃料基本燃烧完为止称为补燃 期。这一阶段的燃烧主要是；明显燃烧期火焰前锋扫过 的区域，部分未燃饶的燃料继续燃烧;吸附气缸在缸壁 上的混合气层继续燃烧;部分高温分解产物（H2、O2、 CO等），因在膨胀过程中温度下降又重新燃烧，放热。 由于活塞下行，压力降低，散热面积增大，使补燃期内 燃烧放出的热量不能有效地转变为功。同时排气温度增 加，热效率下降，影响发动机动力性和经济性。因此， 应尽量减少补燃。正常燃烧时汽油机补燃现象比柴油机 轻得多。
（三）、防止爆燃的方法
使用抗爆性高的燃料采用高辛烷值燃料，使 用抗爆剂提高汽油的抗爆性。发生爆燃结论:汽 油机在压缩比降低、油门关小或转速提高时，都 不宜发生爆燃。点火时刻推迟是避免爆燃的有效 手段。提高汽油辛烷值及加入添加剂，能减轻爆 燃。
二、表面点火
（一）表面点火现象
在汽油机中，凡是不靠电火 花点火而由燃烧室炽热表面（如 过热的火花塞绝缘体和电极、排 气门、炽热的积炭等）点燃混合 气而引起的不正常燃烧现象，称 为表面点火。根据被炽热表面点 火的火焰是否始终以正常速度进 行传播，表面点火可分为非爆燃 性表面点火和爆燃性表面点火。
试验证明，此时压力 升高率比正常值高5倍，最 高燃烧压力比正常值高 l50%，气缸内的高温、高 压又促使爆燃的产生，发 出强烈的震音，危害极大。 爆燃和表面点火均属不正 常燃烧现象。但两者是完 全不同的不正常燃烧现象。 图5-6为各种非正常燃烧过 程的示功图。
1.非爆燃性表面点火
如果表面点火发生在正常点火时刻之前称为早火，发生在正 常点火时刻之后称为后火。 图5-5 为非爆燃性表面点火示功图。
1）后火
火花塞跳火点燃混合气后， 在托火焰传播过 程中，由于炽热表面使火焰前锋未扫过区域的混 合气被点燃，但形成的火焰前锋仍以正常的火焰 传播速度向未燃气体推进，称为后火。这种现象 可在 发动机断火后发现，发动机仍象 有电火花 点火一样，继续运转，直到炽热点温度下降到不 能点燃混 合气为止，发动机才停止转动。
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燃烧前沿的导热微分方程
能量微分方程为：
dT d dT 0u L C p WQ dx dx dx
对于绝热条件，火焰面的边界条件为
dT x , T T 0 , 0 dx dT x , T T m , 0 dx
层流火焰传播速度uL表达式（1）
火焰前锋驻定
up,Tm p
p
Ti
c
Tm
Cf0→0 T0
w -x i +x
火 焰 结 构 及 参 数 分 布 示 意 图
火焰结构及其特征
火焰前沿分两个区：物理预热区和化学反应
区 前沿厚度很小，但温度梯度和浓度梯度很 大，存在强烈的热传导和物质扩散 火焰前沿在预混气中移动，是由于反应区放 出热量不断向新鲜混合气传递及新鲜混合气 不断向反应区中扩散。
大尺度弱湍流：
K 1(l L , u ' u L ) : 皱褶表面理论起主要作用
大尺度强湍流：
K 1(l L , u uL )：容积燃烧理论起主要作用
'
大尺度较强湍流：
K （ 1 l L , u u L）两个理论都可以用
'
下节内容
1、火焰稳定的条件 2、火焰稳定机理 3、回火、脱火临界条件 4、稳定火焰的方法、途径 5、高速气流火焰稳定机理 6、高速气流火焰稳定方法
280 240 200 160
H2/空气
uL
120 80 40 0 0 20 40 60
CO/O2
80
100
Xf
压力的影响
u L 0 W 1/ 2
W pn

uL 0 p
n 2
0.3
n2
(n-2)/2 0
n2
uL 0 p
n 2
p 0

uL p
n2 2
压力对火焰传播速度的影响取决 于反应的压力指数（n-2)/2
活性添加剂
250
H2 CO 100 0
60
uL
uL
% CH4 100 CO
0 0 40
0 100
0 80 0
0
%
40
0 100 Xf
70
加入H2对CO预混气uL的影响
Xf
加入CH4对CO预混气uL的影响
惰性添加剂
0.5 0%N2 0.5 0%CO2
uL (m/s) 58.8%N2 0 0.8
50%N2
层流火焰传播速度的测量方法
测定方法分类 测定方法： 肥皂泡法 球弹法 平面火焰法 本生灯法
• 移动火焰测定法 • 驻定火焰测定法
肥皂泡法
实际火焰传播速度公式：
1 dr uL a d
其中 缺点： •并非所有混气适用 •受水分影响 •实现困难 移动火焰测量法
0 D a f d
湍流火焰传播速度
湍流火焰传播速度： 层流：u L a 湍流： uT aT
uT aT uL a
混合气的物理化学性质
流动状态（Re） ( a /( c ))
(aT T /( c))
预混气火焰传播速度的实验结果
1）邓克尔实验
·Re<2300,
uT 1 uL
实验图形
，层流状态
•发光的火焰层，化 学反应区
火 焰 前 沿
已 燃 气
•已燃的区域和未燃 的区域之间形成的分 界线 •特征尺寸极薄，可看 成几何面
火焰的传播速度
火焰的传播速度： 火焰前锋沿其 法线方向相对于新 鲜混合气移动的速 度。
未燃气 n
已燃气
dn
平面火焰的传播方式
正常火焰传播速度（缓焰波） 火焰前锋 预混气 燃烧产物
流速度 测量的结果准确 适用于火焰传播速度 较低的预混气体。
整流网
惰性气体 预混气
本生灯法
• 驻定火焰测定法
平均的层流火焰传播速度：
H

L R
u L u sin
或者
uL V
u
R H 2 R 2
湍流火焰传播
特点：
• 湍流使火焰面变弯 曲，增大反应面积 • 湍流加剧了热和活性 中心的输运速率，增 大燃烧速率 • 湍流缩短混合时间， 提高燃烧速率 • 湍流燃烧，燃烧加 强，反应率增大
3
球弹法
火焰传播速度
uL dr R r dp 2 d 3 pr k d
3 3
优点 • 可测定不同压力下、温度 下的以及高压情况下的火焰 传播速度 • 只适用火焰传播速度快的混合气 移动火焰测量法
平面火焰法
网格 驻定火焰测量法 使用专门的火焰烧嘴 火焰传播速度等于气 平面火焰


cm/s
添加剂的影响
活性添加剂（H2）
—火焰传播界限和火焰传播速度随活性添 加剂浓度改变而发生明显变化。 惰性添加剂（CO2、N2、He） —火焰传播速度减小，火焰传播界限缩 小，火焰传播极限向燃料浓度减小方向偏 移。 催化剂（铂、钯、铯） — 加入混合气中对火焰传播速度有明显 的影响。
1
• 2300<Re<6000, •
uT Re 2 ，小尺度湍流火焰 uL
uT 6000<Re<18000, A Re 0 B ，大尺度湍流火焰 uL
5
小尺度
4
大尺度
uT/uL
3
2 1
0
4
8
12
16
Re 20X100
Re对火焰传播速度的影响
返回
预混气火焰传播速度的实验结果
2）博林杰—威廉姆斯经验公式 uT .24 0 . 18 d 0 .26 Re 0 0 uL 3) 达郎托夫经验公式
层流火焰传播速度uL表达式（2）
• 在反应区：反应区温度升高所消耗的能量 近似为零 边界条件：
d 2T 2 WQ 0 dx
dT x , T T m , dx
0; x
p
,T Ti
积分后： dT
WQdT Ti dx C
2
Tm
层流火焰传播速度uL表达式（2）
•泽尔多维奇和弗朗克-卡门涅茨基的分区近似解 反应速度W近似为零 在预热区：
dT d dT 0u L C p dx dx dx dT 边界条件：x , T T 0 , dx x p ,T Ti
0
积分后：
uL dT 0C p Ti T0 dx p
-0.3 20 100
uL
100
压力指数对uL的影响
初始温度的影响
初始 温度 提高 •预热到着火的时间缩短 •燃烧反应带温度提高 •反应速度加快 •气体导热系数增加 • 气体密度减小。 火焰 传播 速度 增大
• 实验结果
uL T
n 0
n=1.5~2
3 2 2 u u 0 . 45 10 T T • 经验公式 L1 L 0 1 0
皱折表面理论
层流及湍流火焰前锋示意图：
1）小尺度湍流火焰传播速度模型 (l L ) 1 uT lu Re 2 uL
容积扩散理论
强湍流脉 动作用 微团 多个新 的微团 边混合 边反应 达到着火 整体燃烧 条件 与其他微 没达到着 团结合 火条件
湍流火焰传播速度既与湍流脉动特性有关，也与可燃物特 性及着火燃烧条件有关。
不正常火焰传播（爆震波） 多个火焰中心 爆震波火焰前锋 电 点 火
层流火焰传播理论
层流火焰传播理论分为： 热力理论:火焰传播过程主要是由于反应区
向预热区的热量交换的传热过程。
扩散理论:火焰传播过程取决于活性中心浓
度的扩散过程。 实际中两种机制同时起作用。
火焰结构及其特征

u0=uL 0 Tm,Cf,0 Cf,0
每班两个问题！
火焰的稳定性
火焰稳定概念： 没吹熄（脱火），没回火； 火焰区位置和体积稳定。 主要内容： 火焰稳定的条件 影响火焰稳定的因素 稳定火焰的方法
一维平面火焰稳定的条件
点火
w0=uL,火焰驻定 火焰稳定条件
w0 0 uL
w0<uL,产生回火 w0>uL,产生吹熄（脱火）
w0 uL
w0
uL
uL (m/s) 32.1%CO2 0
25%CO2
1.4
0.8
1.4
当量比 加入N2对甲烷uL的影响
当量比 加入CO2对甲烷uL的影响
催化剂的影响
CO/空气反应中加入水蒸汽： 干CO/空气：
u L 20 ~ 40 m/s
潮湿CO/空气：u L 106m/s
活性中心 ( H, OH )浓度 ，W ，u L
拐点处：
dT dT dx P dx C
2 Tm dT WQdT Ti dx C
则求得传播速度为：
uL dT 0C p Ti T0 dx p
uL
C Ti T0
湍流火焰传播速度影响因素： 混合气性质、浓度、初温、初压，流动状态
湍流火焰传播理论
皱折表面理论
湍流脉动——火焰面皱褶变形——燃烧反应表面积 增大——燃烧速度增大——湍流火焰传播速度增大 实质：火焰面褶皱到那里，就燃烧到那里。
容积扩散理论。
湍流混合强度决定了火焰传播速度。 实质：湍流火焰传播速度既与湍流脉动特性有关， 也与可燃物特性及着火燃烧条件有关。
uT u L 5.3(u ' ) 0.6~ 0.7 (u L ) 0.4~ 0.3
u ' u L时，uT 5.3(u ' ) 0.6~ 0.7 (u L ) 0.4~ 0.3