燃烧学 第五章 气体燃料的燃烧
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5气体燃料的燃烧5.1气体燃料燃烧原理及特点1、单相(同相、均相)反应:在一个系统内反应物与生成物属同一物态。
2、多向反应(异相反应):在一个系统内反应物与生成物不属与同一物态。
3、气体燃料的燃烧过程包括三个阶段:燃气和空气的混合阶段、混合后可燃气体混合物的加热和着火阶段、完成燃烧化学反应阶段。
全预混燃烧(无焰燃烧、动力燃烧)4、两种类型预混燃烧:半预混燃烧扩散燃烧(有焰燃烧)①一次空气系数:燃烧前已与燃气混合的空气量与该燃气燃烧的理论空气量之比。
②当一次空气系数大于0而小于1时,称为半预混燃烧;③当一次空气系数大于或等于1时,称为全预混燃烧④预混燃烧:如果燃气与空气预先混合后,再送入燃烧室燃烧,这种燃烧成为预混燃烧。
⑤扩散燃烧:如果燃气与空气不预先混合后,而是通过各自管道送入燃烧室燃烧,此时燃气内部无一次空气,这种在燃烧室内边混合边燃烧的方式称为扩散燃烧。
5.2预混可燃气体的着火与燃烧1、预混可燃气体的燃烧过程两个基本阶段:着火阶段、着火后的燃烧阶段2、预混可燃气体的着火方法:点燃自燃热自燃:链锁自燃:预混燃烧的特点:P135爆炸式化学反应3.热自燃理论:某一反应体系在初始条件下,进行缓慢的氧化还原反应,反应产生热量,同时向环境散热,当产生的热量大于散热时,体系的温度升高,化学反应速度加快,产生更多的热量,反应体系的温度进一步升高,直至着火燃烧。
自热体系着火成功与否取决于其放热因素和散热因素的相互关系。
发生热自燃时的温度称为热自燃温度或着火温度。
理论燃烧温度:当燃气完全燃烧时,燃气温度达到最高值Tmax ,称为理论燃烧温度(绝热燃烧温度)预混气体在绝热条件下的热自然: 绝热热自然条件: 上式的物理意义:①只有当温度升高而使反应速度的增加速率超过因燃料消耗而引起反应速度下降速率时,预混合可燃气体在绝热条件下才会发生热自燃。
②绝热过程不是引起热自燃的充分条件。
只要过程开始后,反应物浓度足够大,初始温度较高,虽初始反应速度较低,但随后的反应速度总会不断增大,并导致热自燃着火。
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。