燃烧学讲义-第5章气体燃料燃烧

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1、第五章气体燃料燃烧5.1着火基本原理5.2火焰传播5.3扩散火焰和预混火焰5.4气体燃料燃烧时的火焰稳定措施5.5气体燃料火焰长度1燃烧过程是包括发光放热的化学反应，故存在两个最基本的阶段：着火阶段、着火后燃烧阶段。着火定义：燃料和氧化剂混合后，由无化学反应（从缓慢的氧化反应）向稳定的强烈放热状态的过渡过程。热着火链式着火2热着火：可燃混合物由于本身氧化反应放热大于散热，或由于外部热源加热，温度不断升高导致化学反应不断自动加速，积累更多能量最终导致着火。——大多数气体燃料着火特性符合热着火的特征。链式着火：由于某种原因

2、，可燃混合物中存在活化中心，活化中心产生速率大于销毁速率时，导致化学反应速度不断加速，最终导致着火。——某些低压下着火实验（如H2+O2，CO+O2的着火）和低温下的“冷焰”现象符合链式着火的特征。35.1着火基本原理热着火过程与链式着火过程区别——热着火通常比链式着火过程强烈得多。热着火过程：温度升高引发的，将使得系统中整体的分子动能增加，超过活化能的活化分子数按指数规律增加。导致燃烧反应自动加速。链式着火过程：主要是活化中心局部增加并加速繁殖引起的，由于活化中心会被销毁，所以链式着火通常局限在活化中心的繁殖速率大于

3、销毁速率的区域，而不引起整个系统的温度大幅度增加，形成“冷焰”。但是，如果活化中心能够在整个系统内加速繁殖并引起系统能量的整体增加，就形成爆炸。一个完善的燃烧过程应是：及时着火，稳定燃烧，充分燃尽4热着火过程分两类自燃：自发的着火，依靠系统自身化学反应的放热来维持系统的升温。强燃：强迫着火，借助外部能量（固壁、火花塞），使其局部着火，然后火焰传播到整个可燃混合物中。5零元系统：容器内可燃气体混合物的成分、温度与压力是均匀的，也称强烈掺混模型。5.1.1自燃一、由热平衡的角度分析6产热（单位时间）：C——可燃混合物中反应

4、物浓度n——反应级数V——容器体积Q——可燃混合物的燃烧热T——温度散热：η——散热系数S——容器壁散热面积T0——容器壁温度T——容器内可燃混合物温度热平衡7QTABCT0ⅠT0ⅡT0ⅢTljQ2ⅠQ2ⅡQ2ⅢQ1产热：散热：8①两个交点：A点，稳定，但其温度绝对值太低，熄灭状态;C点，不稳定，脉动→燃烧or熄灭②线Ⅲ：Q1＞Q2，没交点，着火③线Ⅱ：Q1≥Q2，一个切点切点B不稳定，有波动→要么回到B点，要么着火B：着火临界点9由切点的数学条件得着火临界条件解方程得：（另一根舍去）所以：将展开，忽略高次项，10两种

5、着火温度的定义区别不大影响因素：η↓有利着火燃料活性强（E小或k0大）易着火T0↑容易着火定义一：T0II定义二：Tlj11Ⅰ、Ⅱ不至于着火情况Ⅲ着火，在Tlj时，温度拐点，孕育时间Tyu如果系统初温升高是有利于着火，孕育时间缩短（V线）。（为Tyu↓,可以提高初温）二、自燃过程温度变化TτⅠⅡⅢTljⅣⅤTyu12一些燃料空气混合物大气压下着火温度(α≈1)名称分子式着火温度氢H2530~590一氧化碳CO644~658甲烷CH4658~750乙烷C2H6520~630乙烯C2H4542~547乙炔C2H2406~4

6、80苯C6H6580~740航空汽油—390~685原油—360~367重油—336煤油—250~609木柴—250~350烟煤—200~500无烟煤—600~700焦炭—70013烷、烯、炔的着火温度是烷烃最高（为饱和烃，所以活性低）炔烃最低（三价键不饱和烃，活性最强）液体燃料着火温度一般小于气体燃料着火温度。——注意，这里说的着火温度是自燃的着火温度固体燃料中挥发分高的着火温度低，无烟煤、焦炭挥发分很少，所以温度最高。褐煤煤场、油炉空气预热器上积的油、制粉系统的积粉等等，在通风不良（散热Q2很小时），经相当长时间孕

7、育，可燃物浓度达到着火限时，在低于室温的情况下，也会自燃着火。着火温度与燃料空气混合物的浓度有关；通常用过量空气系数α来表示14Tα散热增大自燃温度Tzr着火温度与燃料空气混合物的浓度（过量空气系数α）的关系自燃范围如果温度T和燃料浓度（过量空气系数α）配合的点在U形曲线以上的区域，则会发生自燃甚至爆炸，称为爆炸区。15特别强调，无论定义Tlj或T0为着火温度Tzh，这个Tzh不是一个物理常数，它是随着着火条件变化而变化的，散热条件增强，则着火温度上升。165.1.2强迫点燃强迫点燃：用炽热物体使可燃混合物着火常用方法

8、：炽热固壁点燃、电火花或电弧点燃（汽油发动机）、火焰点燃、自燃方法点燃（柴油机中的压缩的点燃）。炽热物体向周围可燃混合气散热，在边界层中可燃混合物由于温度升高而进行化学反应，反应产热使气体温度不断升高而着火。17强迫点燃的热过程18强迫点燃的临界条件：设有温度不同的炽热物体置于静止或低速可燃混合气中（T0），则有以下几种可能性：1