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1、第十章第十章 燃烧传播过程燃烧传播过程 1、燃烧前沿（面）、燃烧前沿（面） 稳定位置的条件：W = uW燃烧前沿燃烧产物W：可燃混合物流速u：燃烧前沿速度封闭端开口端可燃混合物燃烧产物正常燃烧实际燃烧室内燃烧前沿面应该驻定而不移动实际燃烧室内燃烧前沿面应该驻定而不移动回火与脱火回火与脱火 2、火焰传播速度火焰传播速度（1）、正常（层流）传播速度（）、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（）、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
2、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v燃烧前沿的传播过程质量交换热量交换化学反应v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+dxXv设可燃混合物的初始温度为T0，最终达到的燃烧温度为Tk，反应区与预热区交接处的温度为TBv则反应区的热平衡关系：该单元体（单位面积）中的热收入项 v化学反应放热v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v由单元体向上游边界传出的热量：v该单元体温度升高消耗的热量v根据收支平衡：v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
3、高所消耗的热量dq4便忽略不计 （1）对二阶齐次方程求解v令 ，则（1）式变为（ 为常物项）： v又由于 ，所以： v定解条件反应高温区间为：TB-Tk,且： T=TB，Y=Y1 ; T=TK, Y=Y2 v在此条件下对微分方程积分得： （2）vY1即为通过T=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）v另（2）式等于（3）式，即得正常传播速度为：vqW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v一、绝热条
4、件下（近似绝热条件）v1、可燃气体种类影响 uL 正常传播速度的影响因素v2、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v小尺度紊流火焰传播速度：v邓克尔：v谢尔金：紊流燃烧前沿的传播v大尺度弱紊流火焰传播速度：v邓克尔：v紊流火焰传播之所以比层流大，是由于紊流紊流脉动促使火焰紊流皱折变形而使燃烧面积增脉动促使火焰紊流皱折变形而使燃烧面积增大的结果大的结果。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v谢尔金：v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
5、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提高实际工程中预混气的燃烧速度v使用使用ul大的预混气；大的预混气；v提高紊流强度；提高紊流强度；v提高混合气体的压力提高混合气体的压力和温度和温度第十一章 火焰的结构及其稳定一、火焰一、火焰 1、定义：、定义：由前沿面（燃烧）和正在由前沿面（燃烧）和正在燃烧区的质点所包围的区域。燃烧区的质点所包围的区域。 2、分类：、分类： （1）按燃料种类分）按燃料种类分 （2）按燃料和氧化剂（空气）按燃料和氧化剂（空气）的预混程度分的预混程度分（3）按气体流动的性质分）按气体流动的性质分 （4）按火焰中的相成分分）按火焰中的相成分分 （5
6、）按火焰的几何形状分）按火焰的几何形状分 二、二、 层流预混火焰层流预混火焰点火圈点火圈：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：形成点火圈的原因：作用：作用：连续点火的作用 1、正常传播速度、正常传播速度uL 1o、uL的分布的分布燃烧前沿面上任何一点：燃烧前沿面上任何一点： W cos = u= uL L 2o、火焰高度、火焰高度 ldldr rdsWWsin Wcos WuLro简化：设简化：设uL=C， =C（正锥体）（正锥体） 锥体底面的半径与管口半径相等。锥体底面的半径与管口半径相等。可以通过
7、流量测定的办法计算出来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、火焰长度、流速、火焰传播速度间的关系间的关系 火焰稳定的条件：火焰稳定的条件：3、回火及脱火条件、回火及脱火条件 （1）在00面，若有 Wn uL则脱火。则脱火。2、预混火焰的稳定基本原理、预混火焰的稳定基本原理避免脱火和回火v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v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、边界速度梯度（回火、脱火的临界条件）（回火、脱
8、火的临界条件） 设管内可燃混合气体的流速分布符合管中设管内可燃混合气体的流速分布符合管中层流分布：层流分布：管内气体管内气体体积流量体积流量：边界速度边界速度梯度梯度：5、燃料浓度与回火、脱火的关系、燃料浓度与回火、脱火的关系 (二二)、紊流火焰、紊流火焰 1、火焰结构、火焰结构 （1）结构特点：燃烧前沿厚）结构特点：燃烧前沿厚 （2）浓度变化特点：变化缓慢）浓度变化特点：变化缓慢 (3)火焰结构大致可分为三个区域火焰结构大致可分为三个区域紊流预混火焰 2、主要问题、主要问题脱火脱火 保证不脱火的措施：保证不脱火的措施：由于质点不同方向的运动，正在燃烧的质团或高由于质点不同方向的运动，正在燃烧
9、的质团或高温燃烧产物返回到新鲜的可燃混合物处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。回到火焰根部，或者增加附加烧嘴。防脱火措施v燃烧通道做成突扩式v钝体型稳定器v辅助性点火烧嘴或安置高温砌体v气流出口速度大于回火临界速度v出口断面速度均匀，避免气流受外界扰动v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v火焰监视系统的作用：v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；v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；v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v火焰的监视方法：直接监视法v反映不及时整流棒式火焰监视装置v利用火焰导电和整流作用的装置紫外线火焰监视系统v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v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v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。v出口通道设置障碍物作为点火高温热源v燃烧坑道钝体一次空气二次空气煤气旋流片
