01 液体燃料雾化与燃烧概述
合集下载
内燃机燃烧基础课件(液体燃料的雾化和蒸发)
R
2
]
dbD dr
0
bT bTW
bD
bDW
WW
g g
dbT dr
W
WW g Dg
dbD dr
W
bT bD
bT bD
0 0
方程的求解
求解二阶常微分方程需要两个条件，另外还有界面传质速
度和温度两个未知量，需要四个边界条件，前面的边界条
件提供了三个，另外一个可以从液面处气液两相平衡的热
力学关系得出，即利用饱和蒸汽压和温度的函数关系给出
补充条件
假设Le=1，即 g DF ，对求坐标下的蒸发能量方程式
（7-30）进行积分，得：
ggr 2
db dr
[WWR2 ]b
cons(与r无关的常数）
利用壁面处的边界条件求出该常数
下面的这些关于热气体中液滴蒸发的假设经常会 用到，因为它们能极大的简化问题，主要原因是 排除了处理质量传递的必要，而且仍与实验结果 符合得很好。
1、液滴在静止、无穷大的介质中蒸发。 2、蒸发过程是准稳态的。这意味着蒸发过程在任一 时 刻都可以认为是稳态的。这一假设去掉了处理偏 微分方程的必要。 3、燃料是单成份液体，且其气体溶解度为零。
B cg (T TW ) (wF wFW ) l cl (TW TR ) (wFW wFR )
1
1
0
Nu
h0d kg
2
0.6
ud vg
2
vg
g
3
s R
h0d 2 kg
h0 kg s
第四章液体燃料的燃烧理论
连续方程: 连续方程: 4πr02 ρ 0 v 0 = 4πr 2 ρv = G 动量方程: 动量方程: 扩散方程 能量方程
2．基本方程及求解
p = const
2
G —总蒸发速率
（液滴与环境无相对速度） 液滴与环境无相对速度）
df i d df i 2 4πr ρv − (4πr Di ρ )=0 dr dr dr
水蒸气蒸发的质量流正好等于总质量流， 水蒸气蒸发的质量流正好等于总质量流，即Stefan流。 流
22
2．碳在纯氧中的燃烧 ．
C + O2 → CO 2
12
碳表面
32
44
f O2 + f CO2 = 1
( ∂f O2 ∂y )0 = −( ∂f CO2 ∂y )0
23
2．碳在纯氧中的燃烧 ．
氧扩散流
（1）液滴与环境无相对速度，只有Stefan流引起 的球对称一维流动； （2）忽略热辐射和热解离（例：CH4→C+2H2）； （3）过程是准定常的，即不考虑液面的内移效应； （4）火焰面为一几何面，火焰面上 f f = f ox = 0 。
28
2．基本方程及求解
基本方程（球坐标下） （1）基本方程
2
—单位质量液体的蒸发热 单位质量液体的蒸发热， q e = L + C l (T0 − Tl ) 单位质量液体的蒸发热
df i 2 − 4πr0 Di 0 ρ 0 ( ) 0 + 4πr0 f i 0 ρ 0 v0 = f il (4πr02 ρ 0 v0 ) dr
气体扩散流 Stefan流 流 携带的该组分 液体蒸发引起的 液滴消耗量
bD = bT = b
bT ≡ C P (T − T∞ ) qe 2
2．基本方程及求解
p = const
2
G —总蒸发速率
（液滴与环境无相对速度） 液滴与环境无相对速度）
df i d df i 2 4πr ρv − (4πr Di ρ )=0 dr dr dr
水蒸气蒸发的质量流正好等于总质量流， 水蒸气蒸发的质量流正好等于总质量流，即Stefan流。 流
22
2．碳在纯氧中的燃烧 ．
C + O2 → CO 2
12
碳表面
32
44
f O2 + f CO2 = 1
( ∂f O2 ∂y )0 = −( ∂f CO2 ∂y )0
23
2．碳在纯氧中的燃烧 ．
氧扩散流
（1）液滴与环境无相对速度，只有Stefan流引起 的球对称一维流动； （2）忽略热辐射和热解离（例：CH4→C+2H2）； （3）过程是准定常的，即不考虑液面的内移效应； （4）火焰面为一几何面，火焰面上 f f = f ox = 0 。
28
2．基本方程及求解
基本方程（球坐标下） （1）基本方程
2
—单位质量液体的蒸发热 单位质量液体的蒸发热， q e = L + C l (T0 − Tl ) 单位质量液体的蒸发热
df i 2 − 4πr0 Di 0 ρ 0 ( ) 0 + 4πr0 f i 0 ρ 0 v0 = f il (4πr02 ρ 0 v0 ) dr
气体扩散流 Stefan流 流 携带的该组分 液体蒸发引起的 液滴消耗量
bD = bT = b
bT ≡ C P (T − T∞ ) qe 2
燃烧学西安交大液体燃料的燃烧
Pw—回油压力（回油管上回油调节 阀之前）
一、回油雾化器
设计方法：
Gmin 喷孔有效面积（扣除空气漩涡所占面积） 1、Pwl=0状态： GB 回油孔有效面积（扣除空气漩涡所占面积）
算出最大回油量GB、最小喷油量Gmin，则最大进油量= GB+ Gmin
2、 Gmax（点）由最大负荷决定。
二、蒸汽—机械雾化器
3 2
A的关系见图4-2。
一、机械雾化器
雾化角：出口处油雾两侧 边缘边界切线的交角。
tg
2
(1 ) 8 (2 1 )
一、机械雾化器
对流量系数，经验公式有 : A 东锅： 0.125 (公式适用范围:G 300, 且A 0.5 ~ 3.0) 30 热工所： 0.88 哈锅： 0.815
(4-25)
式中，、 、、 、、均为与雾化器结构有关的常数。 西安热工所试验得到相关经验公式。见（4-24）
Y 形雾化器的雾化粒度、雾化角均由试验确定。
• 据新华社北京奥运专电(记者高鹏) • 北京奥运会“祥云”火炬克服低温、低压、缺氧、 大风等极端不利条件。在珠峰之巅漂亮地燃烧， 举世为之惊叹。在这史无前例的壮举背后，凝聚 着无数智慧与辛劳。早在2001年7月13日北京申 奥成功，航天科工集团就成立了一个科技奥运领 导小组。2006年1月17日，北京奥组委正式致函 航天科工集团。委托其就奥运火炬珠峰燃烧技术 进行科研攻关，迄今已两年多。
wz=常数
一、机械雾化器
喷孔势位流动的中心处是一个空气漩涡，其直径是根据最大流量 的原则来确定的。 根据最大流量原则，就可以定出喷孔截面上扣除空气漩涡后的充 满度：
第5章 液体燃料燃烧分析
1、雾化角 喷嘴出口到喷雾炬外包络线的两条切线之间的夹角，也称
为喷雾锥角。α
喷嘴出口处的燃料细油滴组成雾化锥， 喷出的雾化气流不断卷吸炉内高温气体并 形成扩展的气流边界。
图5-9 雾化角示意图
条件雾化角。以喷口为圆心，距离r为半径（大流量喷嘴r 取100~150mm；小流量喷嘴r取40~80mm ）作弧，与边界线得
R 100 exp(bd1n ) R 100 exp[( dli )n ]
dlm R：液滴群中，颗粒直径大于dli的质量分数 n：均匀系数，一般数值2~4。 愈大，均匀性好
dlm：特征尺度（相当于 R 36.8% 时油滴直径）
dli：与R相应的液滴直径
雾化均匀度较差，则大液滴数目较多，这对燃烧是不 利的。但是，过分均匀也是不相宜的，因为这会使大 部分液滴直径集中在某一区域，使燃烧稳定性和可调 节性变差。最有利的雾化分布应根据燃烧设备类型、 构造和气流情况等具体条件而定。
1、压力式雾化喷嘴
• 压力式雾化喷嘴又称为离心式机械雾化器。它可以用在航空 喷气发动机、燃气轮机、柴油机以及锅炉和工业窑炉上。
工作原理：液体燃料在一定压力差作用下沿切向孔（或槽） 进入喷嘴旋流室，在其中产生高速旋转获得转动量，这个转 动量可以保持到喷嘴出口。当燃油流出孔口时，壁面约束突 然消失，于是在离心力作用下射流迅速扩展，从而雾化成许 多小液滴。
5、控制雾化的量纲一的数——韦伯（Weber）数
液滴的变形和碎裂的程度取决于作用在液滴上的力和形成
液滴的液体表面张力之间的比值。
g 气体密度（kg/m3）
Weg
g d1(vl vg )2
vl、vg 液体、气体速度（m/s）
液体表面张力（N/m）
dl 液滴的直径（m）
为喷雾锥角。α
喷嘴出口处的燃料细油滴组成雾化锥， 喷出的雾化气流不断卷吸炉内高温气体并 形成扩展的气流边界。
图5-9 雾化角示意图
条件雾化角。以喷口为圆心，距离r为半径（大流量喷嘴r 取100~150mm；小流量喷嘴r取40~80mm ）作弧，与边界线得
R 100 exp(bd1n ) R 100 exp[( dli )n ]
dlm R：液滴群中，颗粒直径大于dli的质量分数 n：均匀系数，一般数值2~4。 愈大，均匀性好
dlm：特征尺度（相当于 R 36.8% 时油滴直径）
dli：与R相应的液滴直径
雾化均匀度较差，则大液滴数目较多，这对燃烧是不 利的。但是，过分均匀也是不相宜的，因为这会使大 部分液滴直径集中在某一区域，使燃烧稳定性和可调 节性变差。最有利的雾化分布应根据燃烧设备类型、 构造和气流情况等具体条件而定。
1、压力式雾化喷嘴
• 压力式雾化喷嘴又称为离心式机械雾化器。它可以用在航空 喷气发动机、燃气轮机、柴油机以及锅炉和工业窑炉上。
工作原理：液体燃料在一定压力差作用下沿切向孔（或槽） 进入喷嘴旋流室，在其中产生高速旋转获得转动量，这个转 动量可以保持到喷嘴出口。当燃油流出孔口时，壁面约束突 然消失，于是在离心力作用下射流迅速扩展，从而雾化成许 多小液滴。
5、控制雾化的量纲一的数——韦伯（Weber）数
液滴的变形和碎裂的程度取决于作用在液滴上的力和形成
液滴的液体表面张力之间的比值。
g 气体密度（kg/m3）
Weg
g d1(vl vg )2
vl、vg 液体、气体速度（m/s）
液体表面张力（N/m）
dl 液滴的直径（m）
液体燃料燃烧
2、油滴随气流而动，与气流间无相对运动（Re=0）
3、油滴表面温度近似等于饱和温度T0=Tbw 4、火焰锋面向内向外导热传递（忽略辐射），向内导热量
=产生的油气所需汽化潜热量+油气温度升高所需热量， 且忽略斯蒂芬流（油蒸气穿过锋面逃逸的量=0）
5、 O2 从远方扩散而来在锋面上全部消耗掉，锋面O2的浓 度=0，且O2 扩散到锋面的量符含化学反应中氧与油的化 学计量比
⑦ C∞↑→k↑ ，环境氧浓度高，燃烧更快。 ⑧ β↓→k↑ ，单位耗氧量低，燃烧更快。
32
二、 强迫气流中液滴的燃烧
对于Re=0时， Nu zl 2
对于Re≠0时，
(
Nu Nu
Re0
) Re0 zl
1
1 0.3Re2
1Pr 3Fra bibliotek11Nuzl 2(1 0.3Re2 Pr3 ）
k Re0 k Re0
胶状物中H外除，还含有O，S，和N的化合 物，是高分子有机化合物，相对分子质量高， 不易挥分，绝大部分都集中在石油的残渣中。
5
3.石油的炼制
最基本的炼制方法是直接蒸馏法，利用石油中不同成分 具有不同沸点的特点，对石油进行加热蒸馏，可以把石油分 成不同沸点范围(即馏程)的蒸馏产物。每一个馏程内的产物 称为馏分，它仍然是多种烃类的混合物。石油炼制中，各馏 分的名称及温度范围大致如表5-1所列。
第六章 液体燃料燃烧
第一节 第二节 第三节 第四节
液体燃料的特性 液体燃料的雾化 液滴的蒸发 液滴燃烧
1
2
第一节 液体燃料的特性
一、油类燃料特性
1. 石油的元素组成
2. 碳氢化合物和胶状沥青物质
碳氢化合物是组成石油的主要成分，主要的烃类有：
3、油滴表面温度近似等于饱和温度T0=Tbw 4、火焰锋面向内向外导热传递（忽略辐射），向内导热量
=产生的油气所需汽化潜热量+油气温度升高所需热量， 且忽略斯蒂芬流（油蒸气穿过锋面逃逸的量=0）
5、 O2 从远方扩散而来在锋面上全部消耗掉，锋面O2的浓 度=0，且O2 扩散到锋面的量符含化学反应中氧与油的化 学计量比
⑦ C∞↑→k↑ ，环境氧浓度高，燃烧更快。 ⑧ β↓→k↑ ，单位耗氧量低，燃烧更快。
32
二、 强迫气流中液滴的燃烧
对于Re=0时， Nu zl 2
对于Re≠0时，
(
Nu Nu
Re0
) Re0 zl
1
1 0.3Re2
1Pr 3Fra bibliotek11Nuzl 2(1 0.3Re2 Pr3 ）
k Re0 k Re0
胶状物中H外除，还含有O，S，和N的化合 物，是高分子有机化合物，相对分子质量高， 不易挥分，绝大部分都集中在石油的残渣中。
5
3.石油的炼制
最基本的炼制方法是直接蒸馏法，利用石油中不同成分 具有不同沸点的特点，对石油进行加热蒸馏，可以把石油分 成不同沸点范围(即馏程)的蒸馏产物。每一个馏程内的产物 称为馏分，它仍然是多种烃类的混合物。石油炼制中，各馏 分的名称及温度范围大致如表5-1所列。
第六章 液体燃料燃烧
第一节 第二节 第三节 第四节
液体燃料的特性 液体燃料的雾化 液滴的蒸发 液滴燃烧
1
2
第一节 液体燃料的特性
一、油类燃料特性
1. 石油的元素组成
2. 碳氢化合物和胶状沥青物质
碳氢化合物是组成石油的主要成分，主要的烃类有：
第5章-液体燃料燃烧
N 3 3 V dSMD Ni dli 6 6
2 2 A N dSMD Ni dli
dSMD
2 N d i li
3 N d i li
（2）质量中间直径（MMD） 大于或等于这一直径的所有液滴的总质量与小于或等于 这一直径的所有液滴的总质量相等。
M
K1,0
K1,0
8g ln(1 BT ) c pg 1
4qml ,0
d1,0 1
0
2 d1,0
K1,0
第四节 液滴燃烧
液滴的燃烧模型
• 单个液滴的燃烧模型，假设： – 液滴为均匀对称球体； – 液滴随风飘动，与空气间无相 对运动； – 燃烧极快，火焰面薄； – 火焰温度较高，向内向外同时 传热，液滴表面温度接近饱和 温度，燃烧温度等于理论燃烧 温度； – 忽略对流与辐射换热； – 忽略液滴周围的温度场不均匀 对热导率和扩散系数的影响； – 忽略斯蒂芬流。
g dT qml,0 dr 2 4 r c pg (T T1 ) Qlg
边界条件
r r1, T Tbw r , T Tg
qml,0 1 g Tg ( )r1 ln[c pg (Tg T1 ) Qlg ]Tbw 4 r c pg qml,0 4 r1
3、气动式雾化喷嘴
• 气动式雾化喷嘴又称介质式雾化喷嘴。它利用压缩空气或高 压蒸汽为雾化介质，将其压力转化为高速气流，使液体喷散 成雾状气流。 • 采用蒸汽为介质的雾化喷嘴又分为纯蒸汽雾化和蒸汽—机械 （压力）综合雾化两类喷嘴。
三、液体燃料雾化性能
• 一般可用一些特性参数来表征喷嘴的雾化性能。即雾化角、 雾化液滴细度、雾化均匀度、喷雾射程和流量密度分布等。 1、雾化角 喷嘴出口到喷雾炬外包络线的两条切线之间的夹角，也称 为喷雾锥角。α 喷嘴出口处的燃料细油滴组成雾化锥， 喷出的雾化气流不断卷吸炉内高温气体并 形成扩展的气流边界。
内燃机燃烧基础课件(液体燃料的雾化和蒸发)PPT精品文档76页
罗森-拉米勒分布（R-R分布）
剩余体积分数
D
R e D
索特平均直径可表示为
SMD D
1 1
n xn1exdx 0
上限分布函数（ULDF）
R 1 1 y e(y)2 d (y) SMD D Nhomakorabea1
1 ae 4 2
由于检测燃烧器的内部非常困难，对燃烧过程的细节知道
得也相对要少。使用激光探测器及其它技术研究火箭燃烧
室中的进程的工作仍在继续。
2020/1/21
38
液滴喷入静止或流动的高温空气中，会出现 两个过程：
由于空气阻力，液滴与空气间相对运动的速度减 小
介质的热量传递给液滴，使其蒸发
两者同时进行，相互影响
相对速度将影响传质过程，而液滴蒸发产生的物 质流又会影响边界层的状态，因此对液滴受到的 气体阻力也有影响。
Wakil得出的液滴相对速度、温度和蒸发量随时间变化的曲 线。液滴的初始直径为50um，温度为283K，速度为30m/s
可以将蒸发分为两个阶段，开始是不稳定阶段，随后是稳定 阶段。
假设
下面的这些关于热气体中液滴蒸发的假设经常 会用到，因为它们能极大的简化问题，主要原 因是排除了处理质量传递的必要，而且仍与实 验结果符合得很好。
2020/1/21
43
6、我们还假设所有的热物理属性，如热传导系数、 密度、比热等都是常数。虽然从液滴到周围远处的气 相中，这些属性的变化很大，但常属性的假定使我们 可以求得简单分析解。在最后的分析中，对平均值合 理的选择可以得到相当精确的结果。
2020/1/21
44
液滴的稳态蒸发
2020/1/21
06第六章 液体燃料燃烧解析
二、雾化方式和喷嘴
按照油的雾化机理，工程上油的雾化方式分 为：压力式、旋转式和气动式等。前两种又 称为机械式雾化。如下图所示。
1、压力式雾化喷嘴
压力式雾化喷嘴又称为离心式机械雾化器。 它可以用在航空喷气发动机、燃气轮机、柴 油机以及锅炉和工业窑炉上。根据使用的对 象、容量以及其它具体情况，这种喷嘴可以 采用不同的结构形式和压力范围，如表6-1所 示，但他们的工作原理是相同的。
雾化过程可分为以下几个阶段： 液体首先由喷嘴流出形成液体柱或液膜； 分离为液体碎片或细丝，液体碎片或细丝收 缩成球形液滴； 大液滴进一步碎裂成小液滴。
液滴的变形和破碎的程度取决于作用在液滴 上的外力和形成液滴的液体表面张力之间的 比值，此值常用维泊（Weber）数（或称破 碎准则）来表示。其定义为：
3、气动式雾化喷嘴
气动式雾化喷嘴又称介质式雾化喷嘴。它利 用压缩空气或高压蒸汽为雾化介质，将其压 力转化为高速气流，使液体喷散成雾状气流。 采用蒸汽为介质的雾化喷嘴又分为纯蒸汽雾 化和蒸汽—机械（压力）综合雾化两类喷嘴。
纯蒸汽雾化的供油压力用得较低，甚至只需 用高位油箱的压头即可，这种喷嘴常用在小 型工业锅炉上。 蒸汽—机械喷嘴则在电站锅炉上用得较多， 其油压、汽压接近，约在0.5~2.0MPa，它依 靠油流和蒸汽具有的能量将燃油破碎成油滴， 故要求的油压可以比机械雾化喷嘴低，汽耗 率也较低。
措施
1、强化液体燃料的蒸发过程 2、强化液体燃料与空气的混合过程 3、防止或减少液体燃料化学热分解（热裂解）
第二节 液体燃料雾化理论
液体燃料的雾化是液体燃料喷雾燃烧过程的 第一步。
一、雾化原理
雾化过程就是把液体燃料破碎成细小液滴群 的过程。
高等燃烧学液体燃料的燃烧
dR d(di )
nd
n i
1
dn
exp
di d
n
P ( psi )
第四节 燃油喷嘴的雾化特性 三、油珠群几种典型分布
Nukiyama-Tanasawa:
dN
d(di )
ad
2 i
exp
bdin
a、b为常数
正态分布： dR exp 2 y 2 dy
y ln(di / SMD) 为常数
火箭发动机 冲压发动机
第六节 油雾燃烧 油雾燃烧模型
部分预蒸发型气体燃烧加液滴蒸发 部分小油珠已经蒸发完毕，另一部分液滴进入火焰区时其 直径已过小而着不了火，只能蒸发，因此没有滴群扩散火焰， 只有部分预混的气体火焰。
工业炉
第六节 油雾燃烧 滴群扩散燃烧
Probert滴群扩散燃烧模型：
n,
s
s d 2 /Kf
➢ 油雾中的每一个油珠所处的环境（温度与浓度等）随 时间、空间不断变化
➢ 两颗油珠体系：随着滴间距离的减小，燃烧常数先增 加后减小；多油珠体系：中央燃烧常数高，四周低。
1、相邻油珠释放燃烧热使周围温度增高，燃烧过程加速。 2、油珠周围的氧浓度降低，引起燃烧过程减缓。
第六节 油雾燃烧
油雾燃烧模型
预蒸发型燃烧 滴群扩散燃烧 复合燃烧 气相燃烧加液滴蒸发
第六节 油雾燃烧 油雾燃烧模型
预蒸发型燃烧 雾化液滴很细，周围介质温度高或喷嘴与火焰稳定区
间距离长，使液滴进入火焰区前已全部蒸发完，燃烧完全 在无蒸发的气相区中进行，这种燃烧情况与气体燃料的燃 烧机理相同，液滴蒸发对火焰长度的影响不大。
加力燃烧室
第六节 油雾燃烧 油雾燃烧模型
滴群扩散燃烧 周围介质温度低或雾化颗粒较粗（或蒸发性能差），
燃烧学第5章：液体燃料燃烧解读
5、液滴分离的基本原理 液体表面不断增大，直到它变得不稳定并破碎。
图5-3
液滴的分裂过程
液滴从液体产生的过程，依赖于液体在雾化喷嘴中 的流动性质（即是层流还是湍流）、给液体加入能 量的途径、液体的物理性质以及周围气体的性质。
5、控制雾化的量纲一的数——韦伯（Weber）数 液滴的变形和碎裂的程度取决于作用在液滴上的力和形成 液滴的液体表面张力之间的比值。
3、气动式雾化喷嘴
• 气动式雾化喷嘴又称介质式雾化喷嘴。它利用压缩空气或高 压蒸汽为雾化介质，将其压力转化为高速气流，使液体喷散 成雾状气流。 • 采用蒸汽为介质的雾化喷嘴又分为纯蒸汽雾化和蒸汽—机械 （压力）综合雾化两类喷嘴。
三、液体燃料雾化性能
• 一般可用一些特性参数来表征喷嘴的雾化性能。即雾化角、 雾化液滴细度、雾化均匀度、喷雾射程和流量密度分布等。 1、雾化角 喷嘴出口到喷雾炬外包络线的两条切线之间的夹角，也称 为喷雾锥角。 喷嘴出口处的燃料细油滴组成雾化锥， 喷出的雾化气流不断卷吸炉内高温气体并 形成扩展的气流边界。
2 2 ( v v ) d ( v v ) 作用于液滴表面的外力 g l g g 1 l g Weg 液滴内力
g 气体密度（kg/m ） vl、vg 液体、气体速度（m/s） 液体表面张力（N/m） dl 液滴的直径（m）
3
d1
上式表明，燃烧室中的压力增高、相对速度增加以及液体的 表面张力系数减小，均对雾化过程有利。
4. 喷雾射程
喷雾射程指水平方向喷射时，喷雾液滴丧失动能时所 能到达的平面与喷口之间的距离。雾化角大和雾化很 细的喷雾炬，射程比较短；密集的喷雾炬，由于吸入 的空气量较少，射程比较远。一般射程长的喷雾炬所 形成的火焰长度也长。
液体燃料的燃烧
•液体燃烧不同于固体燃烧的异相化学反应,只能在表面蒸 发, 并在离液滴表面一定距离的火焰面上燃烧,液体表面 无火焰,内部无火焰。 •液体燃料燃烧时,如果缺氧,会产生热分解
如何防止和减轻高温下燃料油的热裂解？ （1）以一定的空气量从喷嘴周围送入，防止火焰根部高温、 缺氧而产生热裂解。 （2）使雾化气流出口区域的温度适当降低，即使产生热裂 解，也能形成对称性的分解产物。 （3）使雾化的液滴尽量细。达到迅速蒸发和扩散混合，避 免高温缺氧区的扩大。
介质压力：介质压力高，冲击力强，脉动大，雾化好
雾化喷嘴：喷嘴小，油膜薄，雾化好
旋转强度：旋转强，油膜薄，雾化好
油性质：粘度小，雾化好（油温高，粘度小）
三、液体的雾化
雾化指标
雾化细度 质量平均当量直径 索太尔平均当量直径 上式中 δ i---液滴粒径 mi---直径为δ i液滴对应的质量 ni---直径为δ i液滴对应的个数
三、液体的雾化
雾化角 出口雾化角：在喷口处做雾化锥外边界线,两切线间夹角的 一半为出口雾化角。 条件雾化角：以喷口中心线为圆心,距离r为半径作弧,与雾 化锥边界线有两个交点,连接喷口中心线与两个交点获得 两个连线,这两条连线的夹角的一半称为条件雾化角。
雾化喷嘴
（a）离心式机械雾化喷嘴 它也叫做离心式喷嘴。机械雾化喷嘴有很多种型式，图 5-37所示是应用最广泛 的切向槽式简单机械雾化喷嘴。如 图所示，它的主要零件是分流片3、旋流片2和雾化片1。油
第四章
液体燃料的燃烧
4.1 液体燃料燃烧的特点
一、燃烧方式
（1） 预蒸发型燃烧 • 燃料进入燃烧空间之前蒸发为油蒸气，以不同比例与空气混 合后进入燃烧室中燃烧。例如：汽油机装有汽化器，燃气轮 机装有蒸发管。 • 此燃烧方式与气体燃料燃烧原理相同。 （2）喷雾型燃烧 • 把液体燃料通过喷雾器雾化成一股由微小油滴组成的雾化锥 气流，在雾化的油滴周围存在空气，当雾化锥气流在燃烧室 被加热，油滴边蒸发，边混合，边燃烧。 • 动力行业多采用此种燃烧方式。
内燃机燃烧基础课件(液体燃料的雾化和蒸发)PPT精品文档76页
根据这些分布可直接定出许多表征雾化粒度的参数，如中间 直径MMD，算术平均直径D10，索特平均直径SMD等，对应 的频率分布曲线峰值的液滴直径也可求出。
同时还可得出表征雾滴均匀性的一些参数。
因此雾滴尺寸分布的测定，可看作是雾化特性试验研究的中 心内容。
粒度分布的实验方法：
凝固法 摄影法 散射法和衍射法 浸液法 印痕法
分数， R 1Vc
液体燃料是不可压缩流体，体积分数实际上与质量分数是相 同的。 在Vc-D图上，R=50%对应的直径以D50代表，相应的D10和 D90也代表Vc=10%和Vc=90%。 D50就是指中间直径MMD
在频率分布和剩余体积分布两者之中，通常可根据所选用测 试方法的特点，视其方便与否，首先求出一种，另一种便可 换算出来，同时还可算出体积增量分布。
罗森-拉米勒分布（R-R分布）
剩余体积分数
D
R e D
索特平均直径可表示为
SMD D
1 1
n xn1exdx 0
上限分布函数（ULDF）
R 1 1 y e(y)2 d (y)
SMD
D
1
1 ae 4 2
气有浩然，学无止境
内燃机燃烧学基础
主讲人:李国祥 教授 博导 白书战 副教授 博士
2020年1月21日
求真务实，开放拓新
第七章 液体燃料的雾化和蒸发
燃料的雾化和蒸发对燃烧过程有着重要影响
液体燃料要汽化，需要破碎成更小的液滴，增加比表面积。
柴油机的喷油、雾化、蒸发等过程只占一个循环中几十度曲 轴转角，在如此短的时间内，必须有足够的燃料蒸发完毕并 与空气进行混合，为燃烧做好物理准备
平均粒径
同时还可得出表征雾滴均匀性的一些参数。
因此雾滴尺寸分布的测定，可看作是雾化特性试验研究的中 心内容。
粒度分布的实验方法：
凝固法 摄影法 散射法和衍射法 浸液法 印痕法
分数， R 1Vc
液体燃料是不可压缩流体，体积分数实际上与质量分数是相 同的。 在Vc-D图上，R=50%对应的直径以D50代表，相应的D10和 D90也代表Vc=10%和Vc=90%。 D50就是指中间直径MMD
在频率分布和剩余体积分布两者之中，通常可根据所选用测 试方法的特点，视其方便与否，首先求出一种，另一种便可 换算出来，同时还可算出体积增量分布。
罗森-拉米勒分布（R-R分布）
剩余体积分数
D
R e D
索特平均直径可表示为
SMD D
1 1
n xn1exdx 0
上限分布函数（ULDF）
R 1 1 y e(y)2 d (y)
SMD
D
1
1 ae 4 2
气有浩然，学无止境
内燃机燃烧学基础
主讲人:李国祥 教授 博导 白书战 副教授 博士
2020年1月21日
求真务实，开放拓新
第七章 液体燃料的雾化和蒸发
燃料的雾化和蒸发对燃烧过程有着重要影响
液体燃料要汽化，需要破碎成更小的液滴，增加比表面积。
柴油机的喷油、雾化、蒸发等过程只占一个循环中几十度曲 轴转角，在如此短的时间内，必须有足够的燃料蒸发完毕并 与空气进行混合，为燃烧做好物理准备
平均粒径
第五章 液体燃料燃烧
3.石油的炼制
• 直接蒸馏法
直接蒸馏法原理
• 液体的分子由于分子运动有从表面溢出的 倾向。这种倾向随着温度的升高而增大。 如果把液体置于密闭的真空体系中，液体 分子继续不断地溢出而在液面上部形成蒸 气。 • 当液体的蒸气压增大到与外界施于液面的 总压力（通常是大气压力）相等时，就有 大量气泡从液体内部逸出，即液体沸腾， 这时的温度称为液体的沸点。
值以及火焰温度值都是变化的。 3)在液滴中心温度升高到液滴表面温度以前，必须经过
一段时间。
4)着火过程是从化学动力因素控制转变到扩散控制燃烧 的过程，灭火则刚好相反。
二、强迫气流中液滴的燃烧
图5-17 热空气中甲醇液滴的着火过程 a)着火过程中CO质量分数轮廓线 b)非预混火焰形成后的轮廓线
二、强迫气流中液滴的燃烧
4.喷雾射程
喷雾射程指水平方向喷射时，喷雾液滴 丧失动能时所能到达的平面与喷口之间 的距离。雾化角大和雾化很细的喷雾炬， 射程比较短；密集的喷雾炬，由于吸入 的空气量较少，射程比较远。一般射程 长的喷雾炬所形成的火焰长度也长。
5.流量密度分布
图5-11 a)、b)
燃料分布特性 > c)直流式机械雾化喷嘴
已缩得过小或间距过密而着不了火，只能蒸发，这时没
有滴群的扩散火焰，只有滴间空间中部分预混的气体火 焰。
第四节 液 滴 燃 烧
一、静止液滴的燃烧 二、强迫气流中液滴的燃烧
三、液滴群的燃烧
四、合理配风
一、静止液滴的燃烧
1)加热阶段。 2)燃料蒸发阶段。
3)燃烧阶段。
பைடு நூலகம் 一、静止液滴的燃烧
一、静止液滴的燃烧
2)输油管路应该设计得各管道的阻力差尽可能小。
3)由于雾化器会磨损，应定期检查流量的变化。
液体燃烧
二、其它液体燃料
2.其他合成液体燃料
• 合成液体燃料是由煤、油页岩、油砂、天然气等
经过一系列不同的加工方法得到的一类液体燃料。 合成液体燃料的生产过程较复杂，生产费用较高， 而原油(天然石油)的开采和加工费用较低，故各 种液体燃料大都来源于天然石油。随着天然石油 资源的逐渐减少，合成液体燃料作为一种替代或 补充能源将有其发展前景。
前推进力、气体的阻力和液滴本身的重力所组成。一般因液滴质量较小，重力往往可 略去不计；二是内力，有内摩擦力(宏观的表现是粘度)和表面张力，这两种力都将液滴 维持原状。当液滴直径较大且飞行较快时，外力大于内力，液滴发生变形。因外力沿 液滴周围分布是不均匀的，故变形首先从液滴被压扁开始，这样液滴就有可能被分离 成小液，如分裂出来的小液滴所受到的力仍然是外力大于内力，则还可继续分裂下去。 随着分裂过程的进行，液滴直径不断减小，质量和表面积也就不断减少，这就意味着 外力不断减小而内力(表面张力)不断增加。最后内外力达到平衡时雾化过程就停止了。
油的凝固点对油在低温下的流动性能有影响。 在低温下输送凝固点高的油时，应给予加热或采 取必要的防冻措施。
一. 油类燃料特性
• (2)沸点 ：燃料油也没有一个恒定的沸点，而只有
一个温度范围，它的沸腾从某一温度开始，随着 温度升高而连续变化。实际上石油蒸馏时，就是 收集不同沸点的馏出物。
• (3)比重： t℃时油的重度和4℃时纯水的重度之比
一. 油类燃料特性
• (10)燃点 ： 当燃料气体一旦被点火火焰点着，火
焰就能连续不断维持下去的温度称为液体燃料的 着火点或燃点(通常连续燃烧的时间≮5s)。例如某 种原油的闪点为39℃，其燃点为54℃；某种重油 的闪点为222℃，其燃点为282℃。着火以后表面 蒸发和气相燃烧相互支持而继续，液体表面从火 焰表面接受热量，反过来又提供更多的蒸汽去燃 烧，至稳定状态时，蒸发速度即等于燃烧速度。 此时，液体表面温度高于闪点，接近但稍低于沸 点。
燃烧理论与基础 06第六章 液体燃料燃烧
第六章 液体燃料燃烧
第一节 液体燃料燃烧特性
一、燃烧方式
液体燃料的燃烧方式可分为两类：一类为预 蒸发型；另一类为喷雾型。
二、重油燃烧过程
当重油油滴进入高温炉膛空间后，油滴被烟 气加热。
蒸发出来的油汽在足够高的温度下燃烧。 油滴燃烧所需时间主要由两段组成：重油油 滴蒸发产生的油汽燃烧所需时间，及其焦炭 核燃烧所需时间。
三、雾化性能参数
一般可用一些特性参数来表征喷嘴的雾化性 能。即雾化气流（或称雾化锥）中液滴群的 雾化细度、雾化气流的扩张角度（雾化角）、 雾化气流的流量密度分布、射程及流量等。 其中雾化细度、雾化角和流量密度分布较常 用。
1、雾化细度
雾化气流中液滴大小各不相同，液滴直径越 小则总表面积越大，蒸发、混合及燃烧速度 也就越快。
二、乳化油燃烧
乳化燃料燃烧是个复杂的过程，对其节能降 污机理较为成熟的解释是乳化燃料燃烧中存 在的“微爆”现象和水煤气反应，也就是从 燃烧的物理过程和化学过程来解释。
乳化油燃烧过程的物理作用即所谓“微爆” 作用。
图6-14 普通油和乳化油的燃烧过程
化学作用即水煤气反应。在高温条件下，部 分水分子与未完全燃烧的炽热的炭粒发生水 煤气反应，形成可燃性气体，反应式如下： C+H2O → CO+H2 C+2H2O → CO2+2H2 CO+H2O → CO2+H2 2H2+O2 → 2H2O
2
相对静止环境中液滴完全蒸发所需的时间τ0为：
d 02 0 K
K 8 g ln1 B cp 4qm d 0
称为直径平方－直线定律。
第一节 液体燃料燃烧特性
一、燃烧方式
液体燃料的燃烧方式可分为两类：一类为预 蒸发型；另一类为喷雾型。
二、重油燃烧过程
当重油油滴进入高温炉膛空间后，油滴被烟 气加热。
蒸发出来的油汽在足够高的温度下燃烧。 油滴燃烧所需时间主要由两段组成：重油油 滴蒸发产生的油汽燃烧所需时间，及其焦炭 核燃烧所需时间。
三、雾化性能参数
一般可用一些特性参数来表征喷嘴的雾化性 能。即雾化气流（或称雾化锥）中液滴群的 雾化细度、雾化气流的扩张角度（雾化角）、 雾化气流的流量密度分布、射程及流量等。 其中雾化细度、雾化角和流量密度分布较常 用。
1、雾化细度
雾化气流中液滴大小各不相同，液滴直径越 小则总表面积越大，蒸发、混合及燃烧速度 也就越快。
二、乳化油燃烧
乳化燃料燃烧是个复杂的过程，对其节能降 污机理较为成熟的解释是乳化燃料燃烧中存 在的“微爆”现象和水煤气反应，也就是从 燃烧的物理过程和化学过程来解释。
乳化油燃烧过程的物理作用即所谓“微爆” 作用。
图6-14 普通油和乳化油的燃烧过程
化学作用即水煤气反应。在高温条件下，部 分水分子与未完全燃烧的炽热的炭粒发生水 煤气反应，形成可燃性气体，反应式如下： C+H2O → CO+H2 C+2H2O → CO2+2H2 CO+H2O → CO2+H2 2H2+O2 → 2H2O
2
相对静止环境中液滴完全蒸发所需的时间τ0为：
d 02 0 K
K 8 g ln1 B cp 4qm d 0
称为直径平方－直线定律。
第七章液体燃料的雾化
碳粒燃烧
碳粒表面气体消耗速率计算：
W k Cb
反应气体向反应表面的扩散速度：
W扩 C0 Cb
稳定燃烧时：
W W扩
W 1 1 k 1 C0
碳表面气体（氧）燃烧反应速 度：
碳粒燃烧
C 碳的燃烧速度： KS m
1 1
1 k 碳的燃烧减少量：dG 4 r 2 r dr
2 2 0
g r r 2 ln1 BT 2a( ) ln1 BT c p, g L L
g
油粒燃烧时间
用油粒直径表示：D 2 D 2 8 0 进一步简化：
g
c p,g L
ln1 BT
D 2 D02 k D 2 D02 k
蒸发速率
C p T TL mv 4rs ln 1 Cp Ll
油粒的蒸发与燃烧
C p T TL mv 4rs ln 1 Cp Ll C p T TL （传输系数）
令 BT
Ll
BT无因次准则－推动势
碳粒燃烧
碳粒燃烧过程的 5个环节：
（1）氧分子扩散到达碳的表面 （2）氧被碳吸附，形成活化络合物CXOY。 （3）CXOY在高温下分解为CO2和CO，也可与氧发生 反应形成CO2和CO。 （4）燃烧产物（CO2、CO）从固体炭表面解吸（脱 离吸附） （5）解析后的燃烧产物（CO2、CO）从固体表面向 周围扩散。
煤的燃烧方式
旋风燃烧
燃料悬浮于旋转空气中的燃烧方式。
旋风炉燃烧特点
改善了空气和燃料混合条件，延长了燃料在燃烧室内逗留时 间，燃烧强度达，燃烧温度高，炉温达1600~1700℃； 液体排渣，飞灰大大减少； 积灰严重； 液态灰渣热损大。
液体燃料的燃烧
二、喷雾型燃烧的特点
•液体燃烧的沸点低于着火温度,先蒸发后燃烧,总是燃烧其蒸气。 •燃烧过程分为三步: -蒸发：较慢 -混合：油蒸汽与氧相互扩散,较快 -燃烧：速度高 油燃烧速度取决于最慢的蒸发速度 •加速液体燃料燃烧过程的基本措施 （1）加速液体燃料的蒸发过程 （2）加速液体燃料与空气的混合过程 （3）防止或减少液体燃料化学热分解
（3）使雾化的液滴尽量细。达到迅速蒸发和扩散混合，避 免高温缺氧区的扩大。
4.2 单个液滴燃烧模型
单个液滴的燃烧模型,假设： 液滴为均匀对称球体; 液滴随风飘动,与空气间无相对
运动; 燃烧非常快 ,火焰面薄; 火焰温度高,向内向外同时传热,
液滴表面温度接近饱和温度,燃 烧温度等于理论燃烧温度; 忽略对流与辐射换热； 忽略液滴周围的温度场不均匀 对热传导和扩散系数的影响; 忽略斯蒂芬流；
（b）转杯式机械雾化喷嘴
如图5-38所示，油通过空心轴进入一个高速旋 转(3000~6000转/分)的旋转杯的内壁。在离心力的 作用下，油从旋转杯的四周甩出。由于甩出速度 很高，使油雾化。在旋转杯四周还有一股由一次 风机鼓进的高速气流，同时促进雾化。
（c）蒸汽雾化喷嘴 蒸汽雾化喷嘴可分为纯蒸汽雾化喷嘴和蒸汽机
2、旋流式配风器
3、平流式配风器
4、配风回流区的稳焰特性
调风器应：
① 有根部风（在油还未着火燃烧 之前，在油雾根部已有一部分 空气混入油雾中，15~30%一次 风 ） —— 油 料 易 燃 ， 应 该 及 早 与氧气混合
② 早期混合要强烈——扩散燃烧， 应重点强化空气与油雾的混合
③ 有一大小位置适当的回流区— —防止脱火
•液体燃烧不同于固体燃烧的异相化学反应,只能在表面蒸 发, 并在离液滴表面一定距离的火焰面上燃烧,液体表面 无火焰,内部无火焰。 •液体燃料燃烧时,如果缺氧,会产生热分解
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
5. 参考文献
[1] 曹建明. 液体喷雾学[M]. 北京： 北京大学出版社，2013 [2] 徐通模. 燃烧学[M]. 北京：机械工业出版社，2011 [3] 解茂昭. 内燃机计算燃烧学[M]. 大连：大连理工大学出版社，2005 [4] Glassman, Irvin. Combustion[M]. California: Academic Press, 2008 [5] Alan Williams. Combustion of liquid fuel sprays. London: Butterworths, 1990 [6] Christopher E. Brennen. Fundamentals of Multiphase Flow. New York: Cambridge University Press, 2005 ………….. ………….. …………..
液体燃料的种类与基本特性 液体射流的表面波稳定性理论 液体射流分裂机制及其破碎机理 液体燃料雾化过程的基本研究方法 液滴的蒸发 液体燃料燃烧基础理论等。
1. 课程目的及任务
本课程属于能源与动力方向研究生的专业课。通过 本课程的学习，扩展和加深学生在多相流流动、射 流失稳及破碎、液滴蒸发及液雾燃烧等方面的理解 和认识，使学生掌握液体燃料雾化与燃烧理论方面 的基本知识，掌握研究液体燃料雾化与燃烧问题的 基本方法。为今后从事相关研究提供必要的基础知 识。
3. 具体内容及安排
第五章：液体燃料雾化过程的实验与数值模拟研究 喷雾实验装置与测量技术。喷雾宏观和微观特性。喷雾场的实验测量方法。燃油 雾化模型的种类。燃油喷雾过程的数值求解方法（拉格朗日和欧拉方法）和初始 边界条件。燃油雾化过程数值模拟结果的分析。 第六章：液体燃料的蒸发 相对静止环境中液滴的蒸发。液滴蒸发时的斯蒂芬流。强迫气流中液滴的蒸发。 液滴群的蒸发。超临界环境中的液滴蒸发。多组分燃油液滴的蒸发。附壁液膜的 蒸发。液体蒸发的实验与数值模拟研究概述。 第七章：液体燃料燃料的基础理论 混合与传质。着火的基本概念、着火方式与机理、着火条件的数学描述。层流扩 散燃烧。湍流扩散燃烧。非预混燃烧的实验和数值模拟研究方法等。 第八章：液体燃料的燃烧 静止液滴的燃烧。强迫气流中液滴的燃烧。液滴群的燃烧。附壁液膜的燃烧。液 体燃料燃烧的实验与数值模拟研究方法等。
6. 关于作业与课题讨论内容的思考
讨论点1：圆柱或平面液体射流表面波线性失稳的分析 过程及当前存在的不足分析与改进思路。 讨论点2：主流液滴破碎模型的推演建立过程及当前存 在的不足分析与改进思路。 讨论点3：液滴蒸发理论分析及数学模型的推演建立过 程及当前存在的不足分析与改进思路。 讨论点4：关于液雾燃烧模型建立的推演建立过程及当 前存在的不足分析与改进思路。
2. 具体内容及安排
第一章：绪论 介绍本课程的教学内容与目的。液体燃料雾化与燃烧的应用背景和前景。液体燃 料雾化与燃烧的研究热点与挑战等。 第二章：液体燃料的种类与基本特性 油类燃料和其它液体燃料的基本物理性质。亚临界和超临界条件下的液体燃料热 力学性质。液体燃料热力学性质的确定等。 第三章：液体射流的表面波稳定性理论 线性稳定性理论概述。液体射流的稳定性分析。扰动时间和空间增长的稳定性分 析。平面液膜、圆柱射流和环形射流碎裂的线性稳定性分析。色散方程的求解与 分析等 第四章：液体射流分裂机制及其破碎机理 无量纲量数的建立。液体射流分裂机制的划分。不同机制下的分裂模式及其影响 因素。液体燃料喷雾场的结构划分。初次雾化与二次雾化。空气动力作用、喷孔 内流对液体射流分裂的影响。喷油器种类及其对喷孔内流和雾化的影响。喷孔内 流与喷孔外射流雾化的耦合作用机制分析。液滴的碰撞与聚合作用对液体燃料喷 雾过程的影响、喷雾撞壁问题等。
五、蒸发燃烧 1.类似于气体燃料燃烧 ：燃料蒸发－－象气体燃料燃烧 2.过程
管道
液体燃料 蒸发 蒸气 气体 燃烧 高温烟气 管道
放热
加热
3.适用燃料： 粘度不太大 沸点不太高 轻质液体燃料 在工程中有一定应用
六、雾化燃烧
1.过程：
破碎 雾化器 液体 小液滴 悬浮 边蒸发边燃烧
燃料的蒸发表面积增加 上千倍
一、 课程概述
Atomization and Combustion of Liquid Fuel Sprays ---液体燃烧雾化与燃烧
主讲人：虞育松
北京交通大学 ·机电学院 ·能源与动力工程系
一. 课程简介
通过本课程的学习使学生掌握液体燃料雾化与燃烧 理论方面的基本知识，掌握研究液体燃料雾化与燃 烧问题的基本方法。 主要内容包括：
蒸发与混合的速度——燃烧速度
当燃油、空气等条件一定时，控制油的燃烧过程主要控制雾化和混合 过程。
二、液体燃料燃烧形式分类 根据液体燃料蒸发的特点 ，分为: 液面燃烧 灯芯燃烧 蒸发燃烧
雾化燃烧
三、液面燃烧 1.燃烧过程： 液面燃烧是直接在液体燃料表面上发生的燃烧。
热源或火源 辐射和对流
液体燃料容器
雾化装置复杂，用于工业窑炉和锅炉等固定式燃烧设备
2.雾化质量 （1）雾化良好
越细 油滴越多
总面积越大
蒸发越快
（2）雾化质量差：不利于燃烧 有利于气相燃烧 点火困难－－航空发动机 热解、积炭、火焰长 浓度场不均－－不稳定燃烧 雾化质量差－－无法正常燃烧 （3）雾化不是越细越好：穿透力小－油雾密集在喷嘴附近 －局部富油－浓度场不均－雾化消耗能量大－不经济 （4）理想的雾化质量 油滴的平均直径小、分布好、有利于蒸发、过程？
液体燃料的物理与化学变化过程 液体燃料喷射
液体燃料破碎 液体燃料蒸发 气态燃料化学反应
连续大体积液体 火焰
液滴
燃油液滴燃烧过程
气体团
思考2：
液体燃料燃烧的主要影响因素？
液态燃油的雾化 液态燃油的蒸发 气态燃油与氧化剂的混合
燃烧过程的化学反应动力学
车用发动机的污染物排放问题：
NOx（氮氧化合物）、排放限制的对象
NO、NO2、N2O、N2O2等等化合物的总称。在高温下氮和氧 结合后产生。越接近完全燃烧产生的量越多，所以必须降低 燃烧温度。
PCCI (Premixed Charge Compression Ignition)预混充量压燃 HCCI （Homogeneous Charge Compression Ignition）均质充量压燃 LTC (Low Temperature Combustion）低温燃烧
难蒸发液体燃料的物理性能差别 很大。 例如轻柴油、煤油的粘度不太大 ，较易雾化，雾化装置简单。属 优质燃料，移动式发动机(例如柴 油机、燃气轮机等) 。 重油和渣油是石油炼制过程中的 残余物，粘度大、杂质多，常温 为固态，先预热，雾化难， 油雾边缘易混合中心难混合通过喷 嘴使油雾化，油的颗粒不均匀， 从几 到500 。大颗粒容易产 生大的烟粒与焦粒。油颗粒燃烬时 间与颗粒直径平方成正比。
着火温度
受热
液体表面 受热蒸发 一定浓度 可燃混合气 液面上方的燃料蒸汽增加 周围空气 燃烧
2.特点 燃烧状况不好，将导致燃料严重热分解
未燃烧
重质燃料 污染、冒黑烟 火灾
油罐火灾、海面浮油火灾等
四、灯芯燃烧
吸附
工程燃烧中不宜采用该燃烧方式
灯芯表面
燃油 燃烧
灯芯
容器
蒸汽
燃烧功率小、适用于家庭、小规模燃烧器（煤油灯、煤油炉）
PM（Particulate Matter=微粒子状物质）/黑烟、排放限制的 对象 PM是柴油发动机排放的微粒子状物质的总称。主要由黑烟 、被称为SOF（可溶有机成分）的燃烧残留下来的燃料及润 滑油的成分、硫化物等构成。（过浓缺氧燃烧下形成）
燃油雾化效果不佳
油气混合不充分、混合气局部过浓 燃烧效率不高、扩散燃烧、高温火焰
液体燃料雾化与燃烧理论
液体燃料的燃烧特点概述
一、液体燃料的燃烧过程
燃油槽车 / 油管工厂油罐过滤油泵烧嘴炉膛或燃烧室 ————— 供油系统 ———————— —燃烧装置—— 燃油的燃烧过程：沸点低于燃点、受热后先蒸发、汽化、然后燃烧 油的雾化油滴蒸发、高温热解与裂解与空气混合着火燃烧 油的蒸发：提供反应需要的可燃物质 油的燃烧：提供油蒸发所需要的热量
燃烧速度加快
2.关键问题：－－雾化 （1）雾化方式：据液体燃料的蒸发性定 （2）易蒸发的液体－－汽化器 不易蒸发的液体－－喷嘴雾化
汽油
柴油
（3）汽化器原理图 喉 部 流速大 进气管 高速气流 冲散油股
吸入汽油
边蒸发边流动 燃 烧 室 混合良好
小雾滴
燃烧
23
（3）喷嘴雾化－－难蒸发
燃油和空气分别进入燃烧室（类似扩散燃烧），边混合边燃烧
6. 关于作业与课题讨论内容的思考
算例练习：
表面波失稳案例测试：1）理论解析解的特征分析；2）数 值解对解析解的近似求解； 基于CFD的液雾燃烧算例计算测试与讨论。
二、液体燃料雾化与燃烧理论的应用背景
普遍存在于热能动力装置中： 热机： 燃料的化学能转化成内能再转化成机械能的 机器动力机械的一类，如蒸汽机、汽轮机、燃气轮 机、内燃机、喷气发动机等。
三、液体燃料雾化与燃烧的研究热点与挑战
目前面临的挑战：
更高的燃烧效率； 更低的污染物排放（CO、CO2、HC、PM、NOX、SO2…）
节能减排！
研究热点：
• • • • • •
清洁替代燃料燃烧技术； 高压喷射技术； 均质/分层燃烧技术； 缸内直喷技术； 液体燃料掺混； 高增压技术………
空气中粒径10微米（0.01毫米）以上的颗粒物，会被挡在人的鼻子外面；粒径2.5微米至10 微米之间的颗粒物，能够进入上呼吸道，但部分可通过痰液等排出，另外也会被鼻腔内部 的绒毛阻挡；粒径2.5微米（0.0025毫米，相当于头发粗细的1/10）以下的细颗粒物，被人吸 入后会进入支气管，干扰肺部的气体交换，引发哮喘、支气管炎和心血管病等。 2011年，全国机动车排放的PM达62.1万吨，而汽车贡献了94.9%，排放量达59万吨。其中， 按排放标准划分，保有量占9.5%的国I前标准汽车贡献了其中的48.9%。而按燃料类型来分 ，保有量占17.0%的柴油车则贡献了99%以上。