燃烧理论第6章补充

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1、第6章扩散火焰与液体燃料燃烧6.1扩散火焰与预混合火焰的区别研究燃烧的火焰现象，通常以反应物形成的方式分成预混合火焰和扩散火焰两种。在预混合火焰中，反应物在进入火焰以前就完全混合好。在多数预混合火焰屮，燃烧过程同时受控于化学动力学及传热与扩散作用，燃烧速度极快。在扩散火焰中，燃料和氧化剂在燃烧开始前还没有完全混合好，或者完全没有混合;而是在燃烧过程中，靠燃料与氧化剂的相互扩散、混合而成为反应混合物，因而反应物的混合和燃烧是同时进行的。由于化学反应速度远远大于气流速度、扩散速度和混合速度，因此在扩散燃烧过程中，控制燃烧速度

2、的主要因素是燃料和氧化剂的扩散速度而不是化学反应速度。燃料和氧化剂在火焰阵面上是按化学当量比混合的，这是扩散火焰的共性。液体燃料的着火温度远远高于它的沸点温度，而且燃烧反应所需的活化能也远远大于燃料的汽化热，因此可以推论，液体燃料不能在液相进行燃烧，只有在汽化后的燃料蒸气与氧化剂混合后才能进行燃烧。例如汽油的汽化热为335kJ/kg。而活化能约为1281kJ/kgo液体燃料总是先蒸发后着火的，所以燃烧总是在气态下进行的。6.2液体燃料的喷雾特性在油管破裂泄漏引起的火灾事故中，液体燃料可被喷射成微粒云，雾化后再燃烧。在燃烧

3、技术屮，为了强化燃烧，希望将液体燃料制作成均匀分布的微粒喷雾。这样可以大大增加燃料蒸发面积，增加燃料与空气接触机会，以迅速达到混合、蒸发、燃烧的目的。例如若1ml的燃油是球形的，其表面积为484mm2,若雾化成40屮n的粒子,油滴总数是2.99X107个,其表面积为1.5X105(mm2),面积增加近310倍。在柴油发动机屮，燃油白喷油器孔屮以很高的压力(Pinj,max=180〜200MPa)和很高的速度(可高达300m/s)喷出，在高速流动中所产生的内部扰动及气缸中空气阻力的作用下，被粉碎成细小的油粒，其直径为5〜2

4、50o喷雾特性是燃油喷射的空间特性。通常油束是由各种大小不同的油粒所组成的圆锥体(见图6-2)o表征燃油的喷雾特性的主要是油束空间分布参数即喷雾粒度、贯穿距离及喷雾锥角等。图6・2油束形状6.2.1喷雾粒度喷雾粒度表示了燃料喷散雾化的程度，一般是指喷散的细度和喷散的均匀度。可以用液浸法收集雾化的油滴或用显微照相、激光全息摄影的方法进行测定。实际喷雾中油滴尺度是不均匀的，表示油粒平均直径的方法很多，但用得最多的是索特平均直径(SMD),它的定义是：按SMD计的全部油滴的V/A与实际喷雾的V/A相同。设全部真实油滴的体积为V

5、表面积为A,则实际喷雾的体积面积比为:单个油滴的体积表面积之比为:用索特平均直径表示全部油滴之体积表面之比:V、N_dN_SMD~A^~~6N~~6按SMD定义，应有:故：SMD△m为直径为di的油粒数量；k为直径分档数；N为被测油滴总数。喷雾的分散粒度与许多因素有关，在一定的背压下，喷油压力增大，燃油从喷油器的岀口速度增加，就能减小油滴的直径；背压提高，则喷油速度降低且喷雾贯穿距离减小，会使液滴出现团聚现象，油滴直径增大；增加喷油量，喷雾液滴产生团聚的可能性增大，从而也增大了液滴的直径。下面是根据大量试骑用回归法得到的

6、计算索特平均直径的公式：SM4A(妙)七竹疋⑵肝3i式中A为常数,对孔形喷嘴A=2.33X10节流轴针喷嘴A=2.18X103,轴针喷嘴A二2.45X10”，4P为喷孔前后平均压差(MPa),B为循环喷油量(mnr'/循环);pa为周围介质密度(kg/m3)o表示油滴的粒度分布方法有油滴粒度分布曲线法、质量分布曲线法、粒数累积分布曲线法、质量累积分布曲线法等。现在把直径从x到x+dx之间的油滴数称作dn,其质量为dm,一次喷射中的(或作一次测量的)油滴的总数和总质量分别为Nt、Mt。以上这些表示法可参见图6・3(a)和

7、(b)的频率曲线。峰值越高，油滴大小的均匀性越好，越平坦，均匀性越差。3

8、可建立起以下的关系式:°9rz9。°%pj叭=[几(岔卫一％如)+%"()]%Pa为空气密度。式屮Pf为燃油密度；「0为喷孔半径;将方程式(6.3)两边同除pJir02u0,并令Pf/Pa=0,r/r0=E,u/u()二H,经过整理可得到17-1=0丄孑于+1(J由于Pf/Pa»l左右，所以1/OVV1，将此关系代入