10 液滴蒸发与燃烧

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1、燃烧理论姚强李水清清华大学热能工程系（DepartmentofThermalEngineering)热能动力工程与热科学重点实验室(KeylaboratoryofthermalscienceandpowerEngineering)煤清洁燃烧国家工程研究中心(NERC-CCC)10液滴的蒸发与燃烧May23-June302021/9/63总述球形液滴的蒸发与燃烧系统简单，便于分析物理现象之间的联系。可以得到封闭的解析解。研究液滴尺寸和环境条件对液滴蒸发或燃烧时间的影响。液滴气化速度和液滴寿命很重要

2、。2021/9/64内容概述一些应用液滴蒸发的简单模型液滴燃烧的简单模型总结和求解扩展到对流环境其它因素一维气化控制燃烧总结2021/9/65一些应用柴油机、火箭、燃气轮机、燃油锅炉、工业窑炉、加热器。喷雾燃烧---而不是---单个液滴燃烧在研究复发火焰之前，了解单个液滴的燃烧是必要的。2021/9/66柴油机引擎Diesel发动机有两种基本类型：间接喷射型和直接喷射型。分别见图10.1和10.2。在间接喷射内燃机中，燃料在高压下注入预燃室，在这里燃料液滴开始蒸发，然后燃料蒸气和空气混合。一部分

3、燃料空气混合物自燃（例6.1）形成非预混燃烧。2021/9/672021/9/682021/9/69二冲程2021/9/610二冲程2021/9/611汽缸安置2021/9/612随着热量的释放，预燃室压力升高，将里面各组分通过气管或孔压到主燃室。在主燃室里这些部分反应后的燃料空气混合物及一些剩余的燃料液滴，与新加的空气混合，进行完全燃烧。在直接喷射内燃机里，燃料是由一个多孔燃料喷射器来导入的。2021/9/613燃料空气的混合是在燃烧区里由喷射进程和空气流动同时控制的。从前面可以看出，内燃机燃

4、烧既有预混模式又有扩散模式。内燃机所用燃料比火花点燃所用燃料挥发性差，但更容易点燃。2021/9/6142021/9/615燃料蒸发及其与空气混合的速率对形成自燃的化学反应速率有很大影响。因此，最先注入燃烧室的燃料，在它成为点燃源（已经自燃的气体）前会先预混并生成预混火焰；而后注入的燃料就会在扩散模式下燃烧，因为当燃料喷射时已经有点燃源（已经生成的火焰）存在。很明显，液滴的蒸发和燃烧在直接和间接喷射的发动机里都很重要。附录10A收录了SirHarryRicardo对发生在直接喷射diesel发动

5、机燃烧区的物理过程的形象的描述。2021/9/616燃气轮机使用液体燃料的燃气轮机是航空器中最主要的动力设备。图10.3就是一个航天涡轮发动机的内部结构图。尽管燃烧器在发动机系统中起着关键作用，它占用的空间小得令人惊讶。在环形的燃烧器中，燃料喷入并被雾化。由于旋转空气形成了一个循环区，火焰特别稳定。2021/9/6172021/9/618SingleShaftPowerTrainunderconstruction兴建中的单轴机组兴建中的单轴机组2021/9/619燃气轮机主要结构压缩机段燃烧段热

6、气段排气段中间两个部份因为温度高﹐因此须要较多的检查。由四个主要部份组成2021/9/620ApplicationofflamelessoxidationandcontinuousairstagingingasturbinesindustrialgasturbinesmicrogasturbinesNGT2021/9/621MultipleAirNozzleFLOX®Burnerpreheatedairupto1000°Cfurnacewallairjetfluegasreactionzone

7、fuelgas((((((((((NGT2021/9/622NGTInstitutfürVerbrennungstechnikOpticalCombustionChamberwithWS-FLOX®Combustorfor15kW/barLückerath2windowswithcoolingairinside200mm2021/9/6232021/9/6242021/9/625LM2500Components燃烧室：环形设计30燃料喷嘴2021/9/626Photo(left)ofamodel

8、combustorandaschematicillustration(right)showingtheconceptoflean-leantwostagecombustor.2021/9/627Combustionofprimaryandsecondarymixtures.2021/9/628航空燃气轮机燃烧器的设计要考虑以下几个因素：燃烧效率，燃烧稳定性，高处再燃能力，排放等。值得一提的是，航空发动机采用非预混燃烧系统，由接近化学当量的一次风火焰区，接合二次风以彻底燃烧并在产物进入涡轮前稀释到