工程燃烧学12.pdf

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1、工程燃烧学主讲教师:裴蓓《工程燃烧学》--第十二章第12章火焰的结构及其稳定¾12.1预混火焰¾12.2扩散火焰《工程燃烧学》--第十二章第12章火焰的结构及其稳定按燃料种类煤气火焰/油雾火焰/煤粉火焰按燃烧过程的控制因素预混火焰/扩散火焰/中间燃烧火焰按流体力学特性层流火焰/紊流火焰按反应物的初始状态均相火焰/异相火焰按火焰传播特性正常火焰/爆震火焰按火焰的几何形状直流火焰/旋流火焰/大张角火焰/平面火焰《工程燃烧学》--第十二章第12章火焰的结构及其稳定可燃气燃烧——可燃气+助燃气混合方式有:预先混合(预混气体):如预混火焰边扩散边混合:如扩散火焰《工程燃烧学》--第十二

2、章§12.1预混火焰¾一、层流预混火焰∑1.结构燃烬带(1)n>=1锥形燃烧前沿燃烧前沿(内锥)内锥(2)n<1点火圈外锥可燃混合物《工程燃烧学》--第十二章层流预混火焰中CO的分布2测定燃烧完全情况的一个例子。可燃物为CO,n≈1,CO2最大值为34.7%。由图可知,在距燃烧前沿0.5mm处,CO2已达到28%,说明大部分的可燃物已经燃尽,但剩余的燃料要经过一段距离才燃尽。《工程燃烧学》--第十二章∑2.火焰结构特点:层流预混火焰理想火焰面:度速播传焰火火焰传播速度:是火焰沿火焰面垂直方面的运动速度,用S表示。L《工程燃烧学》--第十二章层流预混火焰理想火焰面:(1)SLu

3、nuS=uϕtLnu=ucosϕ火焰余弦定律图4-14火焰几何性质《工程燃烧学》--第十二章圆管层流的出流速度层抛物线分布《工程燃烧学》--第十二章(4)火焰长度计算dl,dldldldldl《工程燃烧学》--第十二章2dl⎛⎞u=±−⎜⎟1drS⎝⎠Lldll=Lllr0《工程燃烧学》--第十二章§12.1预混火焰通过实验测定qv,标定l后,又已知r时,就可计算燃烧u=02前沿速度πr0qVS=L22qSSl↑,;,↑↑↓rrl+vllπ00结论:燃烧尺寸和燃烧成分一定时,增加流量,将使火焰长度增加。若烧嘴流量相同,传播速度大的可燃混合物燃烧的火焰,将比传播速度小的要短。火

4、焰的长短代表了锥体燃烧前沿面的大小。《工程燃烧学》--第十二章§12.1预混火焰∑3.层流预混火焰的稳定性(1)气流边界Su=yL燃烧前沿123燃烧器壁气流流量越大,燃烧前沿的位置距离喷口越远。《工程燃烧学》--第十二章§12.1预混火焰(2)存在一个稳定的点火圈流动速度•过了一定范围,在1情况下,任何一点12345的u>S,便发生脱L度速火;而在5情况下,某处的S>u,便引L起回火。燃烧传播速度2‘3‘4‘距气流边界的距离y《工程燃烧学》--第十二章∑4.判断回火或脱火的临界条件气流速度分布:⎛⎞r2uu=−⎜⎟1微分⎛⎞duu002⎜⎟=−2⎝⎠r0⎝⎠drrr→r00通

5、过管内气体流量:r0qu=2πrdrv∫0求解π2qu=rv002边界速度梯度:⎛⎞du4qvg==⎜⎟−3⎝⎠drrr→πr00说明:流量一定,烧嘴的直径越大,g就越小,越容易回火。《工程燃烧学》--第十二章§12.1预混火焰∑4.判断回火或脱火的临界条件《工程燃烧学》--第十二章§12.1预混火焰∑5.可燃气浓度与火焰稳定性的关系(1)燃料的浓度越大,火焰稳定的g值范围越大;《工程燃烧学》--第十二章§12.1预混火焰∑6.防止回火措施:•使预混气体在燃烧室入口处的速度分布均匀,将喷头设计成收敛形,且表面光滑;•燃烧含有杂物气体燃料时,应设有清除污垢装置,避免破坏局部流畅

6、;•用水冷却燃烧器头部,以降低该处的火焰传播速度;•设计时应根据最小热负荷状态确定喷射速度和管道直径。《工程燃烧学》--第十二章§12.1预混火焰¾二、湍流预混火焰∑1.结构湍流火焰长度与气流速∑2.火焰长度度、燃烧传播速度和喷嘴尺寸有关。《工程燃烧学》--第十二章§12.1预混火焰∑3.火焰的稳定性《工程燃烧学》--第十二章§12.1预混火焰∑4.稳焰措施《工程燃烧学》--第十二章§12.1预混火焰•《工程燃烧学》--第十二章第12章火焰的结构及其稳定¾12.1预混火焰¾12.2扩散火焰《工程燃烧学》--第十二章§12.2扩散火焰¾一、层流扩散火焰∑1.结构燃气和空气从喷嘴

7、喷出后,在层流下,混合是以分子扩散的形式进行的。空气流与燃气流之间相互扩散。在某一面上,当燃气与空气的浓度达到当量比时(n=1),点火后该面就会形成燃烧前沿。燃烧前言上的燃烧产物也同时向燃气流和空气流扩散。因此,层流扩散火焰分为:纯燃气区、纯空气区燃气+燃烧产物区和空气+燃烧产物区。24《工程燃烧学》--第十二章§12.2扩散火焰∑2.层流扩散火焰横向物质浓度分布N2N表明:火焰前锋2燃料气体上燃料与空气的反应区反应区比值为化学当量比,反应是瞬间完成的,因此,O2O2整个火焰结构取燃烧产物决于气体扩散。

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