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燃烧学-4气体燃料的燃烧.ppt

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着火方式： 自燃 点燃 着火机理 热力着火 连锁着火 气体燃料和氧化剂混合状态 预混气体燃烧 半预混气体燃烧 扩散燃烧自然界中燃料的着火可分为两种： 自燃——燃料自发地着火 点燃——依靠外热源强迫加热，使燃料着火 自燃机理主要包括两种： 热力着火——反应物温度不断升高，反应加快，直到着火，可用Arrihenius定律和质量作用定律解释 连锁着火——活化粒子增值数大于销毁数，反应不断加快，分支链反应和直链反应可燃气体混合物在反应过程中的释热率（产热率）可用下式表示二、绝热条件下的自燃过程二、绝热条件下的自燃过程二、绝热条件下的自燃过程二、绝热条件下的自燃过程三、非绝热条件下的自燃过程三、非绝热条件下的自燃过程三、非绝热条件下的自燃过程三、非绝热条件下的自燃过程四、影响着火的因素四、影响着火的因素四、影响着火的因素五、着火延滞期一、什么是点燃二、点燃机理二、点燃机理二、点燃机理三、热物体表面附近温度浓度分析三、热物体表面附近温度浓度分析三、热物体表面附近温度浓度分析三、热物体表面附近温度浓度分析三、热物体表面附近温度浓度分析四、点燃热力理论四、点燃热力理论五、可燃界限五、可燃界限层流燃烧 预混可燃气体与流速不高（层流状态）的火焰传播称为层流燃烧 火焰传播 可燃气体混合物的局部首先着火，着火部分向未燃部分传递热量和活性粒子，使之相继着火的过程称为火焰传播 火焰传播速度 沿火焰锋面的法向，火焰移动的速度称为火焰传播速度火焰锋面很薄，通常只有1mm到几mm厚 层流火焰压力变化很小，可以认为是等压流动、燃烧过程 层流火焰传播速度很低，un通常在1m/s以下可燃混合气体初温 un∝T01.5~2 绝热火焰温度 v∝e-E/RT影响很大 而1/(Ta-T0)影响很小, v起决定性作用压力 a1/p；rp； vpn unpn/2-1 n——反应级数，通常为1~2 n小于2,降低 n等于2，无关 n大于2，升高燃料性质 烷烃含碳量越高，火焰传播速度越大 烯烃和炔烃含碳量越高，火焰传播速度越小实际燃烧过程中，气流速度都很高，多数处于湍流状态 湍流火焰分类小尺度湍流火焰 条件：流体微团的平均尺寸<层流火焰面厚度 现象： 能够保持规则的火焰锋面 湍流火焰面厚度dT>层流火焰面厚度dn 特点： 小尺度湍流火焰只是增强了物质的输运特性，从而使热量和活性粒子的传输加速，而在其他方面没有什么影响大尺度弱湍流火焰 条件： 流体微团的平均尺寸>层流火焰面厚度 脉动速度w’<层流火焰传播速度un 现象： 火焰锋面扭曲 火焰锋面未被吹破大尺度强湍流火焰 条件 流体微团的平均尺寸>层流火焰面厚度 脉动速度w’>层流火焰传播速度un 现象 不存在连续的火焰面小尺度湍流火焰和大尺度弱湍流火焰可用表面理论来解释 认为燃烧化学反应本身的速度非常高，燃烧化学反应只是在薄薄的一层火焰锋面内进行。 对于小尺度湍流火焰:2300<Re<6000对于大尺度弱湍流火焰Re>6000 火焰面被吹得扭曲 微团尺寸大于火焰锋面尺寸 认为微团面上法线方向火焰传播速度仍为层流火焰传播速度un大尺度强湍流火焰用容积理论来解释 容积理论： 燃烧化学反应在火焰中各处表现都以不同速度进行着。湍流输运使不同成分的气体在火焰区内燃烧同时进行着掺混，燃烧与掺混造成火焰传播大尺度强湍流火焰模型可以设想成大团大团未燃烧的可燃混合物冲破火焰锋面，而输入高温的燃烧产物中，大团大团的高温燃烧产物也冲破火焰锋面而输入未燃烧的可燃混合物中。这些大团的尺寸都超过层流火焰厚度，它们在输运之后都保存自己的独立性，一下子不能和周围气团混合。湍动使火焰迁移的哪里，就燃烧到哪里。所以这时的火焰传播速度可以认为近似等于脉动速度。根据上述规律，得出火焰传播速度规律强化燃烧 设法提高火焰的传播速度 强化层流燃烧火焰的途径 燃料Q1 空气化学当量比v 温度Ta与T0 压力r0un 添加剂Q1v强化湍流火焰的途径 除针对层流火焰燃烧的影响因素外 还要注意提高湍流的气流速度 但是气流速度过大会使火焰吹熄工程上希望燃料和氧化剂保持稳定的化学反应和释放热量，以便于控制和工程应用。因此常要求燃烧设备中火焰稳定在一定位置，即在一定位置着火，按一定速度发生剧烈反应，并在一定位置燃尽和离开燃烧室 工程上应用的火焰都是湍流火焰，气流速度和Re比较高,因此可以减少回火现象，而应主要防止脱火 稳定火焰的核心方法：保持着火区局部高温工程火焰稳定方法 值班火焰：在流速较高的预混可燃气体附近放置一个流速较低的稳定的小型点火火焰，使主气流受到小火焰不间断的点燃，只要小火焰的点火能量足够，主火焰就能够保持稳定。 钝体稳燃：钝体是不良流线体，在大Re数下，流体绕过钝体时，在钝体的某个位置会使流体边界层脱离开钝体，从而在下游钝体的背面形成回流区，可以反卷高温烟气成