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1、第十章 燃烧传播过程,1、燃烧前沿（面）,实际燃烧室内燃烧前沿面应该驻定而不移动,回火与脱火,2、火焰传播速度（1）、正常（层流）传播速度（uL）： 当可燃混合物为层流流动或静止不动时所得到的燃烧前沿传播速度。这时，火焰前沿是一平整的形状。,（2）、紊流传播速度（uT）： 当可燃混合物为紊流流动时所得到的燃烧前沿传播速度。这时，火焰前沿是不平整的，是紊乱的、曲折的。这也是实际条件下得到的。,第二节燃烧前沿正常传播速度,燃烧前沿的传播过程质量交换热量交换化学反应描写燃烧前沿的方程式导热方程扩散方程,燃烧前沿导热微分方程的建立,预热区,反应区,X+dx,X,设可燃混合物的初始温度为T0，最终达到的
2、燃烧温度为Tk，反应区与预热区交接处的温度为TB则反应区的热平衡关系：,该单元体（单位面积）中的热收入项,化学反应放热单元体下游（x+dx）界面向该单元体传入热量,该单元体（单位面积）中的热支出项,由单元体向上游边界传出的热量：该单元体温度升高消耗的热量,根据收支平衡：简化假设：化学反应只是在温度接近于最终温度的较窄范围内进行，那么反应区温度升高所消耗的热量dq4便忽略不计 （1）,对二阶齐次方程求解,令 ，则（1）式变为（ 为常物项）：,又由于 ，所以： 定解条件反应高温区间为：TB-Tk,且： T=TB，Y=Y1 ; T=TK, Y=Y2,在此条件下对微分方程积分得： （2）Y1即为通过T
3、=TB的热流。因为Y2=0，且在反应区温度升高而消耗的热量已忽略不计，故热流应与反应区放出的热量相等，即： （3）,另（2）式等于（3）式，即得正常传播速度为：qW为单位时间单位体积的反应释热量，即单位体积的释热速度，根据化学动力学的原理，这一释热速度与温度的关系如图10-3：,可以得到：,因为：,由图得到：,正常传播速度的影响因素,一、绝热条件下（近似绝热条件）1、可燃气体种类影响 uL,正常传播速度的影响因素,2、可燃气体浓度（空气消耗系数）的影响： 注意：正常传播速度的最大值并不是在n=1.0的地方，而是在nu大尺度强紊流：uLu,紊流燃烧前沿的传播,小尺度紊流火焰传播速度：邓克尔：谢尔
4、金：,紊流燃烧前沿的传播,大尺度弱紊流火焰传播速度：邓克尔：紊流火焰传播之所以比层流大，是由于紊流脉动促使火焰紊流皱折变形而使燃烧面积增大的结果。计算火焰传播速度即是计算皱折火焰表面积来确定。,紊流燃烧前沿的传播,谢尔金：假设紊流火焰由无数锥形组成。所以紊流火焰传播速度与层流火焰传播速度之比等于微元锥体侧表面与锥体底面之比。,提高实际工程中预混气的燃烧速度,使用ul大的预混气；提高紊流强度；提高混合气体的压力和温度,第十一章 火焰的结构及其稳定,一、火焰 1、定义：由前沿面（燃烧）和正在燃烧区的质点所包围的区域。,2、分类： （1）按燃料种类分,（2）按燃料和氧化剂（空气）的预混程度分,（3）
5、按气体流动的性质分,（4）按火焰中的相成分分,（5）按火焰的几何形状分,二、 层流预混火焰,点火圈：锥形前沿的锥底联在喷口附近，锥底面比喷口断面略大一点，并会有一小段水平段，点火后，这一水平段形成一个“点火圈”。形成点火圈的原因：作用：连续点火的作用,1、正常传播速度uL,1o、uL的分布,燃烧前沿面上任何一点：,Wcos = uL,2o、火焰高度,简化：设uL=C，=C（正锥体） 锥体底面的半径与管口半径相等。,可以通过流量测定的办法计算出来,3o、火焰长度、流速、火焰传播速度间的关系,火焰稳定的条件：,3、回火及脱火条件 （1）在00面，若有 Wn uL则脱火。,2、预混火焰的稳定基本原理
6、,避免脱火和回火,脱火会造成可燃气体在燃烧室及其周围环境中的积累，一旦再遇到明火便会造成大量燃气迅速着火，从而造成大规模的爆燃；同时燃气的毒性也会影响人员安全回火容易引起燃烧器乃至储存燃气的容器发生爆炸，造成严重的设备事故或人员伤亡。,4、边界速度梯度（回火、脱火的临界条件） 设管内可燃混合气体的流速分布符合管中层流分布：,管内气体体积流量：,边界速度梯度：,5、燃料浓度与回火、脱火的关系,(二)、紊流火焰 1、火焰结构 （1）结构特点：燃烧前沿厚 （2）浓度变化特点：变化缓慢 (3)火焰结构大致可分为三个区域,紊流预混火焰,2、主要问题脱火 保证不脱火的措施：由于质点不同方向的运动，正在燃烧
7、的质团或高温燃烧产物返回到新鲜的可燃混合物处高强度燃烧时，采用附加手段使更多的燃烧产物回到火焰根部，或者增加附加烧嘴。,防脱火措施,燃烧通道做成突扩式钝体型稳定器辅助性点火烧嘴或安置高温砌体,气流出口速度大于回火临界速度出口断面速度均匀，避免气流受外界扰动燃烧能力大的烧嘴，将烧嘴头进行冷却。烧嘴口径较小时可用空气冷却，烧嘴口径较大时用水冷。,保焰技术防回火,火焰监视和保焰技术,火焰监视系统的作用：对点火过程进行程序控制，提供切实可行的点火措施和确认点火的成功与否；核实燃烧所需的正常条件，使燃料和空气的比例及压力始终处在火焰稳定范围内；执行经常性的火焰监视任务，当火焰熄灭时，能立即作出反应，发出警报，并切断通向该燃烧装置的燃料供应系统；,火焰监视和保焰技术,火焰的监视方法：直接监视法反映不及时整流棒式火焰监视装置利用火焰导电和整流作用的装置紫外线火焰监视系统注意由于电火花发出的紫外线而产生误操作。,现代保焰技术,分焰点火，预热主焰底部这种火焰的导电性较好，可设置导电棒监视火焰的安全需要高温和高强度的工业炉中反向气流在空气煤气的混合气流的出口附近人为的制造一个反向漩涡流。出口通道设置障碍物作为点火高温热源燃烧坑道,钝体,一次空气,二次空气,煤气,旋流片,
