《燃烧学》课件-精选文档

基本方程的建立 假设：假定在一绝热圆管内火焰前沿以速度Sl 沿 管子传播，并假定火焰前沿为平面形状。 忽略混合气粘性、体积力、辐射热和管壁 的影响，以及由于浓度梯度引起的热扩散 效应。
取火焰面厚度为△x的气体层为控制体。
基本方程：
连续方程 ： 能量方程： 组分扩散方程：
u u S c o n s t

火焰传播的热理论 认为火焰中反应区(即火焰前沿)在空间的移动，取 决于反应区放热从而向新鲜混合气的热传导。

火焰传播的扩散理论
认为凡是燃烧都属于链式反应，在链式反应中借助
于活性中心的作用，使混合气变为燃烧产物。火焰前沿
在空间的移动是由于反应区中有活性中心向新鲜混气进
行扩散而使反应连续进行。
二、层流火焰传播速度
典型预混合燃烧装置

预混合气燃烧过程
在充满预混合气的燃烧设备内，通常是在某一局部
区域首先着火，接着在着火区形成一层相当薄的高温燃烧 区，称为燃烧区或火焰面。依靠火焰面的热量使邻近的预 混合气引燃，逐渐把燃烧扩展到整个混合气范围。这层高 温燃烧区如同一个分界面，把燃烧完的已燃气体 ( 燃烧产 物 ) 和尚未进行燃烧的未燃混合气分隔开来。在它的前方 是未燃的混合气，而在它的后方是已燃的燃烧产物。随时 间推移，火焰面在预混合气中不断向前扩展，呈现火焰传 播(flame propagating)的现象。

火焰传播(flame propagating)
——预混合燃烧的关键、本章研究的核心


随时间推移，火焰面在预混合气中不断向 前扩展，所呈现的现象。 可燃气体混合物的局部首先着火，着火部 分向未燃部分传递热量和活性粒子，使之 相继着火的过程称为火焰传播。
二．火焰及其特征和分类

火焰的定义
火焰(flames)是在气相状态下发生的燃 烧的外部表现。
预热区： 忽略化学反应的影响,能量方程作如下简化 ：
d T d d T u C W Q p d x d x d x

两种反应物初始物理状态
4.1 层流火焰传播
(laminar flame）
预混可燃气体与流速不高（层流状态） 的火焰传播称为层流火焰传播。
一、层流火焰结构与传播机理
层流火焰图
层流火焰前沿浓度和温度变化

火焰结构特点

火焰前沿厚度很薄，一般不超过1mm，只有十分之几
毫米甚至百分之几毫米厚。
层流火焰图
l
（4-11） （4-12） （4-13）
u C p
d T d d T W Q d x d x x d
u

d C C d d i D i W d x d x d x
状态方程：
p M eq RT
（4-14）
1.

在火焰前沿厚度的很大一部分上，化学反应的速度很 小，称为预热区，以 δd 表示。而化学反应主要集中 在很窄的区域 δc 中进行，称其为化学反应区。

前沿的厚度很小，但温度和浓度的变化很大，因而在 火焰前沿中出现了极大的浓度梯度及温度梯度。这就 引起了火焰中强烈的扩散流和热流。

火焰前沿传播机理

定义
火焰外沿相对于未燃混合物在火焰表面法线 方向上的移动速度称为火焰的法线速度，用Un表 示，也称为层流燃烧速度 ( laminar burning velocity) ，用Sl表示。
——大小取决于反应速度、热量和活性中心的传
递速度。

数学表达式
Bussen 燃烧 嘴火焰
U U c o s n
第四章 预混合气燃烧及火焰传播
层流火焰概念、结构特征、传播机理、传播速度计算，层 流火焰传播速度影响因素 ，湍流火焰概念 ，湍流火焰传播理论 与传播速度，爆震燃烧理论。
层流火焰结构、传播机理，湍流火焰传播两种理论
层流火焰传播的数学模型建立与推导，湍流火焰传播理论
概述
一、预混合燃烧概念

定义 燃料和氧（或空气）预先混合成均匀的混 合气，此可燃混合气称为预混合气，预混合气 在燃烧器内进行着火、燃烧的过程称为预混合 燃烧（premixed combustion）。
U—未燃混合气局部流速
S U c o s l

静止坐标下的预混合气火焰传播速度分析
us——混合气流速 up——火焰面的移动速度 u0——火焰面相对未燃混合气的移动速度
u u p s u u u 0 p s u u p s
Sl＝u0
对固定火焰，火焰面静止不动，即up=0 ，则 Sl = u0 = us 即：火焰传播速度就等于未燃混合气进入火焰面的流速， 两者大小相等方向相反。
边界条件
：
x x
T T Ci Ci T Tf Ci 0

基本方程的简化求解
基本思想：控制火焰传播速度的主要过程是从反应区向预热 区的传热过程。在预热区中，忽略化学反应的影响，而在反 应区中则忽略对流传热的影响，按一维定常流来解。
Zeldovich 热理论模型
( u 、 u 反方向） p s ( u 、 u 同方向） p s
可燃气体和空气混合物在20℃及760厘米水银柱 下的火焰前沿移动的正常速度值
可 燃 气 体 H 2 C O C H 4 C H 2 2 C H 2 4 正 常 速 度 u ,m / s H 1 . 6 0 . 3 0 0 . 2 8 1 . 0 0 . 5
三、层流火焰厚度（δl）

arweg和Maly ：
l const

（ 不同的混合气用不变的 δl ）
Chin：
l Sl
Dm Law和Tseng ： l Sl
在Le＝Pr＝Sc＝1 的条件下等价
——层流火焰厚度正比于燃料空气混合气的质扩散系数， 反比于层流燃烧速度 。
四、预混层流火焰传播的数学模型

火焰的特征


具有发热、发光特征；—— 辐射现象
具有电离特性； 具有自行传播的特性。

火焰的分类
缓燃火焰(或称正常火焰)

火焰自行传播
爆震火焰
预混火焰 （本章）

燃料与氧化剂在进入反应区以前有无接触 火焰状态
扩散火焰 （第五章）
移动火焰驻定火焰（见图）层流火焰

流体力学特性
湍流火焰 均相火焰 多相火焰（异相火焰 ）