第十章+燃烧传播过程

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1、第十章燃烧（火焰）传播过程一、前沿面的概念其传播机理1.燃烧前沿面的概念这一层正在燃烧着的气体，便称为燃烧前沿面或简称燃烧前沿。2.燃烧前沿传播机理（1）燃烧前沿传播有两种过程：正常传播（靠传热传质的作用使燃烧前沿向前传播的过程）、爆震（靠气体膨胀而引起压力波的作用）。（2）燃烧前沿的相对位移：（层流或静止的情况下）第十章燃烧（火焰）传播过程a.如果燃烧前沿向气流上游方向（向左）移动。b.燃烧前沿向下游移动。c.燃烧前沿稳定不动。（3）传播程度a.层流下燃烧前沿的传播程度（沿法线方向）称正常传播速度或层流传播速度，用“uL”表示。b.紊流下的传播速度称“紊流传播速度”或“实际

2、传播速度”，用“uT”表示。第十章燃烧（火焰）传播过程二、燃烧前沿正常传播速度1.燃烧前沿的导热微分方程设燃烧前沿分两层：一层预热区，另一层反应区：取坐标流动是一维的平面，忽略辐射传热，火焰对管壁没有给热，化学反应在高温区。初始温度T0，最终温度TK，两区交接处温度TB。取单元体积，厚度为dx，在该单元体（单位面积）中的热量收入包括：第十章燃烧（火焰）传播过程（1）反应放热：（2）由单元体的下游（x+dx）界面向该单元体传入热量：式中：λ—导热系数。热量支出：（1）由单元体向上游边界传出的热量（2）该单元体温度升高消耗的热量热收入=热支出第十章燃烧（火焰）传播过程故代入整理得

3、：——燃烧前沿导热微分方程式2.正常传播速度的计算设反应在最终燃烧温度的较窄范围进行则dq4=0，上式简化为：设，则上式∴第十章燃烧（火焰）传播过程反应的高温区间为，且（1）当时，Y=Y1（2）当T=TK时，Y=Y2=0，对上式积分可得：qW与T的关系：第十章燃烧（火焰）传播过程qW与T的关系：第十章燃烧（火焰）传播过程从上图中可知：便是曲线从到TK之间的面积。∵∴又∵∴∴——正常传播速度的近似表达式第十章燃烧（火焰）传播过程3.混合气体的火焰传播速度（最大值）的计算式中：P1、P2、P3—各单一可燃气体占煤气可燃质成分的百分数；u1、u2、u3—各单一可燃气体火焰传播速度（

4、最大值）；L1、L2、L3—对应于u1、u2、u3各单一气体的浓度（百分数）或表示空气消耗系数。第十章燃烧（火焰）传播过程4.如果煤气中含有惰性气体，则：5.影响正常传播速度的因素①各种可燃混合物的导热系数λ↑→uL↑②可燃析浓度（或表示为空气消耗系数）③氧化剂中含氧量④可燃混合物的初始温度T0↑→uL↑第十章燃烧（火焰）传播过程三、紊流燃烧前沿的传播1.紊流燃烧传播速度的定义：紊流燃烧前沿法向相对于新鲜可燃气运动的速度。2.层流与紊流燃烧前沿的区别与联系（1）区别：a.影响传播速度：层流：预混气体的物理性质（λ、n、T0、富氧）紊流：不仅与气体的物理性质，更与流动状态有关。

5、b.前沿面形状：层流：薄、平紊流：厚，紊乱，毛刷状，伴有噪声和脉动。（2）联系：紊流燃烧前沿传播速度用类似层流的概念来定义的。第四章燃烧基本原理3.紊流燃烧前沿传播增加的原因①紊流流动使火焰前沿变形、皱折，从而使反应表面显著增加。②紊流火焰能加剧传导速度或活性物质的扩散速度。③紊流促进可燃混合气与燃烧产物间的快速混合。4.紊流火焰传播理论—皱折表面燃烧理论第四章燃烧基本原理（1）小尺度紊流火焰和大尺度紊流火焰的定义在紊流火焰中，有许多大小不同的微团在不规则地运动，如果这些不规则运动气体微团的平均尺寸相对地小于可燃预混气的层流燃烧前沿厚度时,称为小尺度紊流火焰，反之称为大尺度紊

6、流火焰。第四章燃烧基本原理（2）大尺度紊流火焰分类——根据紊流强度不同i.大尺度弱紊流：微团的脉动速度<层流火焰传播速度uL，火焰面扭曲。ii.大尺度强紊流：>uL，火焰前沿面被破碎。（3）邓克尔小尺度紊流管内流动时的火焰速度uT的定义：定义：①uT不仅与可燃混合物的物理化学性质有关。②uT与流动特性有关（与Re成正比）。第四章燃烧基本原理（4）大尺度弱紊流的计算i.邓克尔认为：紊流脉动使火焰紊流皱折变形，燃烧面积增大，故大尺度弱紊流的火焰传播速度将由计算皱折火焰表面积来确定。ii.谢尔金：紊流火焰表面是由无数锥形组成。∵，，∴第四章燃烧基本原理5.容积燃烧理论——大尺度强紊

7、流①可燃预混微团不存在将未燃气体和已燃气体截然分开的正常火焰前沿面②燃烧反应不仅在前沿面厚度进行，每个湍动的微团都在进行混合，同时进行快慢程度不同的反应。第四章燃烧基本原理第六节异相燃烧异相燃烧：可燃物质和氧化剂处于不同物态的燃烧过程。一、碳的异相反应速度1.定义：指的是在单位时间内的单位反应表面上完成反应的物质的数量，单位：g/(cm2·s)或mol/(cm2·s)2.异相反应的几个阶段（1）气相反应介质向反应表面的传递（2）气体被反应表面吸附（3）表面化学反应（4）反应物质的脱附（5）气相反应物从反