火焰传播与火焰稳定

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1、第六章　火焰传播与火焰稳定要求：掌握层流火焰、湍流火焰的概念，影响火焰、湍流火焰传播的因素与规律；掌握本生灯的工作过程及其火焰稳定机理；掌握回流区的稳定火焰的机理；了解高速气流中稳定火焰的方法。概述本章讨论预混气中火焰传播与稳定根据气流流动情况，预混气中火焰传播分为：层流火焰传播（层流燃烧）湍流火焰传播（湍流燃烧）根据反应机理及火焰传播速度可分为：缓燃(deflagration)爆震(detonation)概述缓燃与爆震的区别参数爆震缓燃u1/c15-100.0001~0.03u2/u10.4~0.7(减速)4~16（加速）p2/p113~55（压缩）0.98（略膨胀）

2、T2/T18~21（加热）4~6（加热）2/11.7~2.60.06~0.25概述概述本章只讨论缓燃，不涉及爆震第一节层流火焰传播一、火焰传播的概念火焰波（燃烧波）：在充满均匀的可燃混气的容器中心用电火花点燃时，火焰像波一样从中心向四周传播，称为火焰波或燃烧波。第一节层流火焰传播一、火焰传播的概念火焰传播速度：火焰前锋沿其法线方向朝新鲜混气传播的速度。用ul表示。火焰前锋：未燃气体和已燃气体的分界面即为火焰锋面，亦称火焰前沿（前锋）。常压条件下火焰前锋的厚度：10-2~10-1mm第一节层流火焰传播二、层流火焰的内部结构及其传播机理将火焰锋面可分为两部分：反应区R－R

3、预热区P－P设：u0=ul，则火焰锋面驻定。第一节层流火焰传播二、层流火焰的内部结构及其传播机理层流火焰传播的机理有三种理论：热理论：认为控制火焰传播的主要机理为从反应区到未燃区域的热传导扩散理论：认为来自反应区的链载体的逆向扩散是控制层流火焰传播的主要因素综合理论：认为热的传导和活性粒子的扩散对火焰传播可能有同等重要的影响第一节层流火焰传播三、层流火焰传播速度连续方程：P≈常数对于一维带化学反应的定常层流流动，其基本方程为：动量方程：能量方程：绝热条件下，火焰的边界条件为：第一节层流火焰传播三、层流火焰传播速度把火焰分成预热区与反应区，在预热区中忽略化学反应的影响，而在

4、反应区中忽略能量方程中温度的一阶导数项。分区近似解法：预热区：能量方程边界条件第一节层流火焰传播三、层流火焰传播速度反应区：能量方程边界条件又：第一节层流火焰传播三、层流火焰传播速度反应区：预热区：能量方程边界条件＝第一节层流火焰传播三、层流火焰传播速度第一节层流火焰传播三、层流火焰传播速度引入导温系数化学反应时间层流火焰传播速度与导温系数的平方根成正比，与反应时间的平方根成反比。也就是说，ul是可燃混气的一个物理化学常数。第一节层流火焰传播三、层流火焰传播速度第一节层流火焰传播四、影响层流火焰传播速度的因素火焰前锋的厚度：火焰厚度与导温系数成正比，与层流火焰传播速度成反

5、比。第一节层流火焰传播四、影响层流火焰传播速度的因素压力的影响：一般碳氢燃料燃烧过程的反应级数1.5～2，因此：即压力对火焰传播速度的影响较小(v=0～0.25)第一节层流火焰传播四、影响层流火焰传播速度的因素压力的影响：压力下降，火焰厚度增加。当压力降到很低时，可以使δ增大到几十毫米。火焰越厚，火焰向管壁散热量越大，从而使得燃烧温度降低（b=1.0～0.75）第一节层流火焰传播四、影响层流火焰传播速度的因素温度的影响：温度增加，火焰传播速度增加。（C=1.5～2）因为温度对导温系数a和对速度的影响差不多，因此温度对火焰厚度的影响不大。第一节层流火焰传播四、影响层流火焰传

6、播速度的因素混气成分的影响：存在一个最佳混气成分，这时火焰传播速度最大。对每一种混气，都存在一个火焰传播的浓度界限，当混气太贫或太富时，火焰就不能传播。第一节层流火焰传播四、影响层流火焰传播速度的因素混气性质的影响：导温系数增加，活化能减少或火焰温度增加时，火焰传播速度增大。第一节层流火焰传播四、影响层流火焰传播速度的因素淬熄距离：当管径或容器尺寸小到某个临界值时，由于火焰单位容积的散热量太大，生热量不足，火焰便不能传播。这个临界管径叫淬熄距离。淬熄距离与火焰传播速度及压力成反比第一节层流火焰传播四、影响层流火焰传播速度的因素淬熄距离：温度对淬熄距离的影响压力对淬熄距离的

7、影响第一节层流火焰传播四、影响层流火焰传播速度的因素火焰在管中淬熄有两种原因：管径减小，火焰区单位容积的表面积增大，因而通过管壁的散热率增大。管径减小，火焰传播时活性中间产物碰壁销毁的机率增大。淬熄距离：第二节湍流火焰传播一、湍流火焰的特点火焰长度缩短，焰锋变宽，并有明显的噪声，焰锋不再是光滑的表面，而是抖动的粗糙表面，火焰传播快。湍流火焰：火焰锋面光滑，焰锋厚度很薄，火焰传播速度小。层流火焰：第二节湍流火焰传播一、湍流火焰的特点湍流火焰传播速度较层流大几倍，不仅与燃料的物理化学性质有关，而且与湍流性质有关，湍流强度增大，将使