燃烧学讲义-第6章油滴燃烧分析解析

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燃烧学 第六章 液体燃料的燃烧_OK

燃烧学 第六章 液体燃料的燃烧_OK
燃烧学
2021/7/3
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第6章
液体燃料的燃烧
2021/7/3
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6.1 Stefan流
2021/7/3
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一、斯蒂芬流定义
• 在液体或固体燃料燃烧过程中,气体与燃料的接触存在相 界面(异相反应),燃料加热气化或燃烧过程中的气体为 多组分气体,这些气体在燃料界面附近产生浓度梯度,形 成各组分相互扩散的物质流,只要在相界面上存在物理或 化学变化(如蒸发或燃烧过程),而且这种变化在不断产 生或消耗物质流,这种物理或化学变化过程与气体组分的 扩散过程的综合作用下,在相界面法线方向产生一股与扩 散物质流有关的总质量流,是一股宏观物质流动。这一现 象是Stefan在研究水面蒸发时首先发现的,故称Stefan流。
r
2 0
k
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4.4液雾燃烧
2021/7/3
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一、液雾的燃烧
• 工程上液体燃料的燃烧是一群粒度不同的液体组 成的液雾在燃烧
• 有必要掌握液雾燃烧的基本概念 • 了解液雾燃烧过程中配风的基本原则
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二、液雾燃烧的特点
• 液滴大小不均匀
• 液滴有一定速度,处于强迫流动
• 除导热外,还有对流换热,温度高时还有辐射换热
对于半径为r的球面,由热量平衡可知:
4r2
dT dr
qm
Cp T T0 H
油的气化潜热
导热率
油的流量
油滴表面温度,假设 等于油的饱和温度
将上式改写,自液滴表面(r0和T0)到火焰锋面(r1和Tr)积分
Tr4
dT
T0
C p T T0
H
r1 dr r r0 2
qm
4
Cp
1 r0

燃烧学讲义第六章

燃烧学讲义第六章

第6章可燃固体的燃烧6.1固体燃烧概述6.1.1固体燃烧的形式根据各类可燃固体的燃烧方式和燃烧特性,固体燃烧的形式大致可分为五种。

(1)蒸发燃烧硫、磷、钾、钠、蜡烛、沥青等可燃固体,在受到火源加热时,先熔融蒸发,随后蒸汽与氧气发生燃烧反应,这种形式的燃烧一般成为蒸发燃烧。

樟脑,萘等易升华物质,在燃烧时不经过熔融过程,但其燃烧现象也可看作是一种蒸发燃烧。

(2)表面燃烧可燃固体(如木炭、焦炭、铁、铜等)的燃烧反应是在其表面由氧和物质直接作用而发生的,称为表面燃烧。

这是一种无火焰的燃烧,有时又称之为异相燃烧。

(3)分解燃烧可燃固体,如木材、煤、合成塑料、钙塑材料等,在受到火源加热时,先发生热分解,随后分解出的可燃挥发份与氧发生燃烧反应,这种形式的燃烧一般称为分解燃烧。

(4)熏烟燃烧(阴燃)可燃固体在空气不流通,加热温度较低、分解出的可燃挥发份较少或逸散较快、含水分较多等条件下,往往发生只冒烟而无火焰的燃烧现象,这就是熏烟燃烧,又称阴燃。

(5)动力燃烧(爆炸)指可燃固体或其分解析出的可燃挥发份遇火源所发生爆炸式燃烧,主要包括可燃粉尘爆炸、炸药爆炸、轰燃等几种情形,其中,轰燃是指可燃固体由于受热分解或不完全燃烧析出可燃气体,当其以适当比例与空气混合后再遇火源时,发生的预混燃烧。

例如能析出一氧化碳的赛璐珞、能析出氰化氢的聚氨酯等,在大量堆积燃烧时,常会产生轰燃现象。

这里需要指出的是,上述各种燃烧形式的划分不是绝对的,有些可燃固体的燃烧往往包含着两种或两种以上的形式。

例如,在适当的外界条件下,木材、棉、麻、纸张等的燃烧会明显地存在分解燃烧、阴燃、表面燃烧等形式。

6.1.2评定固体火灾危险性的参数固体燃烧特性比较复杂,评定其火灾危险性的参数主要包括:(1)熔点、闪点和燃点固体熔点是固体变为液体的初始温度;某些低熔点可燃固体发生闪燃的最低温度就是其闪点;固体燃点是指对可燃固体加热到一定温度,遇明火发生持续燃烧时固体的最低温度。

燃烧学-第六章

燃烧学-第六章

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。
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。 燃油在高压下通过雾化片的特殊机械结构将燃油雾化,通过喷油嘴喷出。 按该原理工作的雾化器有:直流式、离心式和转杯式
中间直径法(d50)
是一个假定液滴的直径,即液雾中大于或小于这一直径的两部分 液滴的总质量相等。
索太尔平均直径法(dSMD)
设在特定的液滴群中的滴数为N0 ,且所有液滴的直径都等于
dSMD,而这些液滴的总体积与总面积之比正好等于实际液滴群的总
体积与总面积之比。
18
(2)雾化角
出口雾化角
19
(3)燃料的流量密度分布 单位时间内通过与燃料喷射方向相垂直的单位截面上燃 油质量沿半径的分布规律。
20
(4)喷雾射程 喷嘴水平喷射时,油雾液滴丧失水平方向动能的行程。 不同直径油粒的射程也不同。射程取决于轴向速度和颗 粒度。射程的大小影响火焰长度。
21
(5)雾化均匀度 积分表示法 将大于某一直径d的所有液滴的质量占全部液滴质量的 百分数表示成液滴直径的函数。 微分表示法 将直径在d和d+Δ d之间的所有液滴的质量占全部液 滴总质量的百分数表示成液滴直径的函数。
7
四、雾化燃烧--重点
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
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 不易蒸发的液体--喷嘴雾化 (2)易蒸发的液体--汽化器

第六章雾化技术之油滴及油雾燃烧

第六章雾化技术之油滴及油雾燃烧

(
)
既然该过程是一个准稳态过程,所以,单位时间内油 滴表面的蒸发量m就应该等于通过油气区3内各个球面扩散 出来的油蒸气量,同样也等于在火焰峰面处燃烧所消耗的 油蒸气量。蒸发速率或燃烧速率是单位时间单位表面上的 蒸发气化量与燃料消耗量,因此有:
1 mc = r0
2012-5-20
λ cp DC∞ T f − T0 + ln 1 + β cp Q
2
[
]
dr dT m 2 = 4πλ c p (T − T0 ) + Q r
2012-5-20
河北工业大学能源与环境工程学院
2012-5-20
河北工业大学能源与环境工程学院
因此油滴的蒸发量为:
λ cp DC∞ m = 4πr0 ln 1 + T f − T0 + cp Q β
1-油滴;2-火焰峰面;3-油蒸气区;4、空气区; 5-空气浓度曲线;6-温度曲线;7-油蒸汽浓度曲线
2012-5-20 河北工业大学能源与环境工程学院
单个油滴燃烧的紫外照片 (来源于NASA网页)
为了方便问题的分析,需要对单 滴燃烧模型进行一系列简化,即假设: (1)油滴为球状,且在蒸发、燃烧 过程中始终保持球对称;(2)油滴 的蒸发与燃烧过程均为准稳态过程, 不考虑液面的内移效应;(3)燃烧 只在火焰峰面的反应区内进行;(4) 火焰峰面所产生的热量全部用于加热 油滴,使之蒸发气化,并且传热方式 只考虑热传导,而忽略火焰辐射换热 与对流换热的影响;(5)导热系数、 扩散系数等恒定不变;(6)忽略油 滴表面因扩散而引起的斯蒂芬流; (7)不考虑液滴的高温热解。
2012-5-20

燃烧学—第6章1

燃烧学—第6章1

中国矿业大学能源学院安全与消防工程系
19
《燃烧学》--第六章
不同类型高聚物的燃烧有如下特点:
(1)只含碳和氢的高聚物,如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等, 易燃但不猛烈,离开火焰后仍能持续燃烧,火焰呈兰色或黄色, 燃烧时有溶滴,并产生有毒的一氧化碳气体。 (2)含有氧的高聚物,如有机玻璃、赛璐珞等,易燃且猛烈, 火焰呈黄色,燃烧时变软,无溶滴,并产生有毒的一氧化碳。 (3)含有氮的高聚物,燃烧情况比较复杂,如脲甲醛树脂为难 燃自熄;三聚氰胺树脂为缓燃缓熄;尼龙为易燃以烬。它们在燃 烧时都有溶滴,并产生一氧化碳、一氧化氮有毒气体和氰化氢剧 毒气体。 (4)含有氯的高聚物,如聚氯乙烯等,硬的为难燃自熄,软的 为缓燃缓熄,火焰呈黄色,燃烧时无熔滴,有炭瘤,并产生氯化 氢气体,有毒且溶于水后有腐蚀性。 (5)含有氟的高聚物,实际不燃,但加强热时,能放出腐蚀毒 害性的氟化氢气体。 (6)酚醛树脂,无填料的为难燃自熄,有木粉填料的为缓燃缓 熄,火焰呈黄色,冒黑烟,放出有毒的酚蒸气。
常见高分子物质的自燃点
物质名称 自燃点(℃) 物质名称 自燃点(℃) 物质名称 自燃点(℃)
棉花
报纸 白松
255
230 260
聚乙烯
聚氯乙烯 有机玻璃
349
454 450~462
聚酰胺
醋酸纤维素 硝酸纤维素
424
475 141
6
中国矿业大学能源学院安全与消防工程系
《燃烧学》--第六章
氧指数测定仪
1—试样; 2—夹具; 3—点火器; 4—金属丝网; 5—支架; 6—柱内玻璃珠; 7—钢底盘; 8—三通管; 9—截止阀; 10—支持器内小孔; 11—压力表; 12—精密压力调节器 13—过滤器; 14—针形阀; 15—转子流量计

燃烧学 第六章 液体燃料的燃烧

燃烧学 第六章 液体燃料的燃烧
火焰面方向扩散,空气出外向表面方向扩散,油滴表面处的蒸发流为r0v0,油 滴内部燃料浓度ff0为常数。
• 蒸发、燃烧过程为定压、准稳定场(忽略界面内移的影响)。 • 设环境温度比燃料沸点温度高得多,油滴表面温度T0略低于沸点温度Tb0。
基本ห้องสมุดไป่ตู้程
各组分边界条件
物理量变换
物理量变换
重新整理边界条件
• 上式称为液滴燃烧的直径平方——直线定律
– 该定律说明:油滴直径的平方随时间的变化呈直线关 系
– 当油滴粒径等于0时,表明油滴完全燃尽,此时对应的 燃尽时间为:
r
d
2 0
k
4.4液雾燃烧
一、液雾的燃烧
• 工程上液体燃料的燃烧是一群粒度不同的液体组
成的液雾在燃烧
• 有必要掌握液雾燃烧的基本概念 • 了解液雾燃烧过程中配风的基本原则
燃烧学
一、斯蒂芬流定义
• 在液体或固体燃料燃烧过程中,气体与燃料的接触存在相
界面(异相反应),燃料加热气化或燃烧过程中的气体为 多组分气体,这些气体在燃料界面附近产生浓度梯度,形 成各组分相互扩散的物质流,只要在相界面上存在物理或 化学变化(如蒸发或燃烧过程),而且这种变化在不断产 生或消耗物质流,这种物理或化学变化过程与气体组分的 扩散过程的综合作用下,在相界面法线方向产生一股与扩 散物质流有关的总质量流,是一股宏观物质流动。这一现 象是Stefan在研究水面蒸发时首先发现的,故称Stefan流。
二、油滴蒸发模型
二、油滴蒸发模型
• 忽略气体和油滴间的相对流速,油滴为球形,其半径为r0,油滴的蒸发、燃
烧都以球对称进行,故燃烧时的火焰锋面为同心球面。
• 由于油滴表面温度T0比环境温度低使外界热量向油滴表面传递,并忽略辐射

燃烧学 第六章 液体燃料的燃烧

燃烧学 第六章 液体燃料的燃烧
导数项 度。
f1 y
f H2O D0 r0 y 0
为界面上水蒸气沿水面法线方向的浓度梯
f1 y
<0,故J1,0>0 因此水蒸气的扩散是流向水面上方。
二、水蒸发时的斯蒂芬流
二、水蒸发时的斯蒂芬流
200
300
400
d(mm)
4.4.3液体的雾化
F
条件雾化角2a2
• 雾化指标
出口雾化角2a1
– 雾化角 • 出口雾化角:在喷口出口处做雾化锥外边界切线, 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x为半径 (通常为200mm)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 两条连线间的夹角的一半称为条件雾化角
二、水蒸发时的斯蒂芬流
• 假设:
– A-A为一水面,水面 上方为大气空间, 水面A-A处为水与空 气的相分界面,在 相界面上只有水蒸 气和空气两种气体 组分,以 f1 和 f2 分别 表示水蒸气和空气 的质量相对浓度。
二、水蒸发时的斯蒂芬流
在相界面处有:
J H2O,0
式中, J1,0为界面处水蒸气的扩散流; D0为分子扩散系数; r0为气体平均密度;
• 设环境温度比燃料沸点温度高得多,油滴表面温度T0略低于沸点温度Tb0。
基本方程
各组分边界条件
物理量变换
物理量变换
重新整理边界条件
基本方程变换为
由方程的相似性变换可得
求解
积分
求解蒸发速度
求解蒸发时间
结果
6.4液滴的燃烧
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; 燃烧及快,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。 – – – –

徐通模版燃烧学--第6章

徐通模版燃烧学--第6章
➢高压气体雾化喷嘴
采用高压气体作为雾化介质。常用的雾化介质为压缩空气 (0.3~0.7 MPa)和水蒸气(0.3~1.2 MPa)。气体雾化喷嘴气耗率低,且雾化质量 良好。
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二、雾化性能指标 评价液体燃料雾化器的雾化性能及质量的主要指标为: 雾化角、雾化细度及均匀度、流量密度分布、射程、
调节比等;对于介质雾化喷嘴,还有气耗率等。
机械雾化油烧嘴的结构简单 、紧凑,工作噪音小,适用 于黏度较低的燃油。
燃用雾化质量较差的油品时 ,易出现堵塞或雾化粒度较 粗等问题,油压要求高,一 般应达1.5~2.5 MPa,系统可 靠性要求高,油泵耗能大。
25
2、旋转式雾化喷嘴
➢原理
转杯式油喷嘴借助于机械的离心力和空气的动量进行雾化,并将两 种雾化作用有机地组合起来。
液面燃烧往往是灾害或事故燃烧的形式,例如油罐火灾、 海面浮油火灾等。在工程燃烧中不宜采用这种燃烧方式。
10
2)灯芯燃烧:利用灯芯的毛细吸附作用将燃油由容器 中抽吸上来,并在灯芯表面生成油蒸气,然后油蒸气与 空气混合发生的燃烧。这种燃烧方式功率小,一般只用 于家庭生活或其他小功率的燃烧器,例如煤油炉、煤油 灯等。
34
ɑ
ɑr
显然αr<α
35
雾化角过大,油滴将会穿出湍流最强的空气区域而造成 混合不良,以致增加不完全燃烧损失,降低燃烧效率。
雾化角过小,则会使燃油液滴不能有效地分布在整个燃 烧室空间,造成与空气的混合不良。
一般来说,雾化角为 60°~120°。对于小尺寸燃烧室 ,雾化角不宜取得过大,一般为 60°~80°左右。
旋转
32
燃料
燃料
➢低压空气雾化喷嘴
油在较低压力下从喷嘴中心喷出,利用速度较高的空气(约80 m/s)从 油滴四周喷入,从而将油雾化。一般用于小型工业锅炉上,所需风机压 头5~10 kPa。特点是空气出口流通截面可以调节。 这种烧嘴结构简单,调节比较方便,但是难以实现微量调节。烧嘴的移 动套管部分要求精密加工,否则易引起火焰偏斜。

徐通模版燃烧学--第6章

徐通模版燃烧学--第6章

w1g )
w1gs----液滴周围混合气中燃料蒸汽质量分数 ; D----气体分子扩散系数,m2/s;
52
2)液滴在高于液体燃料沸点的高温气流介质中,液滴燃料 受热升温而蒸发。当液滴达到某一温度,液滴所得的热 量恰好等于蒸发所需要的热量,于是液滴温度就不再改 变,蒸发处于平衡状态,液滴在此温度下继续蒸发直到 汽化完毕。
➢分类 按照雾化介质压力的高低,这种雾化喷嘴可分为两大类
,即低压喷嘴和高压喷嘴。
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喷嘴—使液体燃料雾化的装置称为雾化器或喷嘴
根据雾化的原理不同,分为:
空气核
r0
ra
直流式喷嘴 燃料 离心式喷嘴
气体
气动式喷嘴
燃料
l
d0
燃料
Rc rin
Rs
燃料
旋转式喷嘴 气体
撞击式喷嘴
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2、雾化细度
雾化细度是指燃油雾化后形成的雾化炬中油滴的粗细程 度,它是表征油喷嘴雾化性能及质量最主要的指标之一。
雾化油滴的大小是不均匀的,最大与最小的油滴之间直 径大小的差别可达数十倍。
一般只能用平均直径表示雾化细度。在工程上常用以下 两种平均方法:质量中间直径和索太尔平均直径。
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➢斯蒂芬(Stefan)流
斯蒂芬流数学表达式:
gD
dwxg dr
gvg wxg

0
在蒸发液滴外围的任一对称球面上,由斯蒂芬流引起的空气
质量迁移正好与分子扩散引起的空气质量迁移相抵消,因此
空气的总质量迁移为0。
实际上不存在x组分的宏观流动。真正存在的流动是由于斯 蒂芬流动引起燃料蒸气向外对流,其数量为:
在一定程度上反映了燃烧空间内的燃料浓度分布,直接 影响燃料在燃烧空间内能否与空气良好混合以形成合理 的浓度场。

燃烧理论与基础 06第六章 液体燃料燃烧

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。

燃烧学第六章

燃烧学第六章

将上式改写,自液滴表面(r0和T0)到火焰锋面(r1和Tr) T r dr 积分 dT

r
T0
4
C p T T0 H

1
r0
r2
Cp 4 Tr T0 qm ln 1 1 1 H Cp r r 0 1
2013-7-13
三 斯蒂芬流例题
2013-7-13
哈尔滨工业大学(威海)汽车工程学院
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三 斯蒂芬流例题
2013-7-13
哈尔滨工业大学(威海)汽车工程学院
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6.2 液滴的蒸发
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哈尔滨工业大学(威海)汽车工程学院
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一、静止气流中的油滴特点 6.2 液滴的蒸发
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哈尔滨工业大学(威海)汽车工程学院
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哈尔滨工业大学(威海)汽车工程学院
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三、油雾的燃烧规律 6.4 液雾燃烧
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哈尔滨工业大学(威海)汽车工程学院
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四、液体的雾化 6.4 液雾燃烧
• 雾化液体燃料的原因 – 增加液滴进行反应的比表面积,增强与氧气的混合, 强化液体燃料燃烧 • 雾化定义 – 靠外界作用将连续的液流破碎成雾状的油液滴群的 过程 • 雾化原理 – 介质雾化:空气、蒸汽以一定的压力,高速冲击油 流,使其雾化。 – 机械雾化:油流高速旋转,脉动而破裂,同时与介 质作用,加强雾化。
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哈尔滨工业大学(威海)汽车工程学院
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五、强化油燃烧的途径
• 加强雾化,减小油滴直径,选用合适的雾化器 • 增加空气与油滴的相对速度。相对速度越大,越有利于燃 料和空气之间的扩散、混合,加强燃烧 • 及时、适量供风 – 及时供风,避免高温、缺氧造成燃料热分解 – 适量供风,提高燃烧效率 • 供风原则 – 少量一次风送入火焰根部,在着火前与燃料混合,防止 油在高温下热分解 – 燃烧中保证油雾与空气强烈混合,气流雾化角与油雾扩 散角相适应 – 保证后期混合,提高风速,使射流衰减变慢 – 在着火区制造适当的回流区,保证着火

燃烧学讲义第六章

燃烧学讲义第六章

第6章可燃固体的燃烧6.1固体燃烧概述6.1.1固体燃烧的形式根据各类可燃固体的燃烧方式和燃烧特性,固体燃烧的形式大致可分为五种。

(1)蒸发燃烧硫、磷、钾、钠、蜡烛、沥青等可燃固体,在受到火源加热时,先熔融蒸发,随后蒸汽与氧气发生燃烧反应,这种形式的燃烧一般成为蒸发燃烧。

樟脑,萘等易升华物质,在燃烧时不经过熔融过程,但其燃烧现象也可看作是一种蒸发燃烧。

(2)表面燃烧可燃固体(如木炭、焦炭、铁、铜等)的燃烧反应是在其表面由氧和物质直接作用而发生的,称为表面燃烧。

这是一种无火焰的燃烧,有时又称之为异相燃烧。

(3)分解燃烧可燃固体,如木材、煤、合成塑料、钙塑材料等,在受到火源加热时,先发生热分解,随后分解出的可燃挥发份与氧发生燃烧反应,这种形式的燃烧一般称为分解燃烧。

(4)熏烟燃烧(阴燃)可燃固体在空气不流通,加热温度较低、分解出的可燃挥发份较少或逸散较快、含水分较多等条件下,往往发生只冒烟而无火焰的燃烧现象,这就是熏烟燃烧,又称阴燃。

(5)动力燃烧(爆炸)指可燃固体或其分解析出的可燃挥发份遇火源所发生爆炸式燃烧,主要包括可燃粉尘爆炸、炸药爆炸、轰燃等几种情形,其中,轰燃是指可燃固体由于受热分解或不完全燃烧析出可燃气体,当其以适当比例与空气混合后再遇火源时,发生的预混燃烧。

例如能析出一氧化碳的赛璐珞、能析出氰化氢的聚氨酯等,在大量堆积燃烧时,常会产生轰燃现象。

这里需要指出的是,上述各种燃烧形式的划分不是绝对的,有些可燃固体的燃烧往往包含着两种或两种以上的形式。

例如,在适当的外界条件下,木材、棉、麻、纸张等的燃烧会明显地存在分解燃烧、阴燃、表面燃烧等形式。

6.1.2评定固体火灾危险性的参数固体燃烧特性比较复杂,评定其火灾危险性的参数主要包括:(1)熔点、闪点和燃点固体熔点是固体变为液体的初始温度;某些低熔点可燃固体发生闪燃的最低温度就是其闪点;固体燃点是指对可燃固体加热到一定温度,遇明火发生持续燃烧时固体的最低温度。

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α
0
α
x
13
1、雾化评价指标
④ 流量密度:单位时间内,
流过垂直于油雾方向的单位面 积上的燃油体积。
3 m q …… r
(m s)
2
14
① 雾化粒度
雾化评价指标
② 雾化油滴均匀性
③ 雾化角: ④ 流量密度:
15
雾化原理
油射流或薄膜由于射流紊流、周围气体的气动力 作用、液体中可能夹杂气体、喷枪的振动及喷嘴 表面不光滑等因素,不可避免地要经受扰动。扰 动使薄膜或射流产生变形,特别是在气动压力和 表面张力作用下,使得表面变形不断加剧,以致 于射流或薄膜产生分裂,形成液滴或不稳定的液 带,液带随之也破裂成液滴。若作用在液滴上的 作用力相当大,足以克服表面张力时,较大的液 滴就会破裂成较小的液滴,这种现象称为“二次 雾化”。
化同时降低油的粘度,故进入喷嘴的燃油粘度越
高时仍能保证雾化质量,采用空气作介质时,空
气压力低,雾化质量较差。
21
22
离心式
– 利用高压泵使油具有很高的压力( 20~200bar ),并 以一定的角度沿切向方向进入喷嘴的旋转室,或者通 过具有旋转槽的喷嘴芯进入旋转室。 – 油的部分压能转换为动能,液体旋转运动,根据自由 旋涡动量矩守恒定律,旋转速度与旋涡半径成反比, 因此越近轴心,旋转速度越大,静压愈小,结果在喷 嘴中央形成一股压力等于大气压的空气旋流,而液体 则形成使空气芯旋转的环形薄膜从喷嘴喷出,然后液 膜伸长变薄并拉成细丝,最后细丝断裂为小液滴,这 样形成的液雾为空心圆锥形。
32
火焰锋面
O2—C∞
燃烧过程分析
δ
设半径r球面,通过其向内导热 量=油汽化且升温至T所需
dT 4 r qm C p (T T0 ) H dr
2
r1
λ:导热系数常数;T:当地(r)处温度 T0:油滴表面温度(饱和温度) qm:油流量(汽化量) H:单位质量油汽化潜热
4
4 3 1 2
6 5
5
7
1.油滴 2.油蒸汽区 3.燃烧区 4.外部 5.油蒸汽浓度 6.氧气浓度 7.温度
5
限制油滴燃烧的主要因素是与空气的混合 速度,即取决于空气向油滴表面扩散所需 的时间,属扩散燃烧。
物理化学过程:雾化→三传→受热蒸发→着火→燃尽
6
6.2
油的雾化
雾化效果影响了油燃烧的快慢及燃烧质量, 因此油的雾化是其燃烧过程中一个重要因 素。
33
火焰锋面
O2—C∞
对上式在(r0,T0)到(r1,Tr)积分
δ
Tr:锋面火焰温度(燃烧温度)
dT dr 4 qm 2 C p (T T0 ) H r0 r T0
Tr
r1
r1
Cp 4 qm ln 1 (Tr T0 ) 1 1 Cp ( ) H r0 r1
0.15
0.6
F(dp)
f(dp)
0.10
0.4
0.05
0.2
0.00 0 2 4 6 8 10
0.0 0 2 4
dp
dp
6
8
10
10
累积分布又分为筛上分布和筛下分布 dp max 筛上分布 Rd f d d d
p

dp
p
p
筛下分布
Dd p
dp
dp min
f d p d d p
(体面积平均直径)
8
粒度分布的表达形式
– – –
表格形式(离散) 直方图(离散) 函数形式(连续)
9
微分型(频率分布) 积分型(累积分布)
0.25
f d p
dFd p d d p
dp
F d p f d p d d p
0
1.0
R(dp)
0.20
0.8
D(dp)
油压、汽压均不高,入口油压0.7~2.1MPa, 汽压比油压高1MPa左右. 单只雾化器喷油量大,且雾化质量好,出 力约为3000~7000t/h. 调节比大,耗汽量低,一般为 0.07~0.14kg(汽) / kg(油),应用在燃油锅炉 较多。 保养较难,喷口易堵塞。
29
低压空气雾化喷嘴
油压较低,0.03~0.1MPa; 空气流速高,80m/s左右,风压2000~7000Pa;
气化加剧,燃烧强化。
39
对于Re=0时, Nuzl 2
1 1 Nu Re0 对于Re≠0时, ( Re0 ) zl 1 0.3Re 2 Pr 3 , Nu
Nuzl 2(1 0.3Re Pr )
1 2
1 3
k Re0
k
Re 0
1.67 (Re 10) ……3.67(Re=100)
19
6.2.2 雾化器
常用的油雾化喷嘴可以简单分为两类:
–机械式雾化器(离心式,旋杯式等) –介质式雾化器(以蒸汽或空气作介质)
① 机械式雾化器
依靠油泵的压力将液体燃料的压力 提高,使以较高的压力喷进燃烧室
20
②介质式雾化器
介质压力越高,破碎的液滴也越细,但消耗的能
量也越多。如用蒸汽做雾化介质,则还可以在雾
0.4
微分 分布 函数
f d p n
d
n 1 p n
d
e
dp d

n
0.3
0.2
n=4 n=3 n=2
积分分 布函n
0.1
F d p e
d n Rd 100 exp ( ) % d Rd:液滴群中,颗粒直径大于d的质量分数
第6 章
6.1 6.2 6.3 6.4
液体燃料的燃烧
油燃烧特点 油的雾化 油滴燃烧过程 油雾炬燃烧
6.5
油燃烧的组织及调风器
1
6.1
雾化
油燃烧特点
燃烧
油燃烧是一个复杂的物理化学过程,由 于油沸点低于其燃点,因此油滴总是先蒸 发成气体,并以气态的方式进行燃烧。
2
包含:雾化、受热蒸发、扩散混合、着火燃烧
(1)
34
火焰锋面
O2—C∞
dC 4 r D qm dr
2
δ
∵在∞:O2浓度C∞
r=r1,C=0
r1
C
dr 4 DdC qm 2 r 0 r1

1 1 4 D(C 0) qm ( ) r1
qm r1 4 DC
(2)
35
联立(1)(2),消掉r1得
17
雾化原理
液膜雾化:离心喷嘴喷出空心锥形液膜具有向外 扩张的惯性,而表面张力克服不了此惯性,于是 液膜继续向外扩张,液膜越来越薄,同时,表面 张力形成的表面位能也越来越高,使液膜越不稳 定。结果表明,液膜破裂成液丝或液带,并在表 面张力作用下继续分裂成液滴;流速较大时,除 了表面张力、惯性力及粘性力起作用外,由于相 对于周围气体的运动速度加大,气动力对液膜的 作用也加大,致使液膜扭曲和起伏形成波纹,再 被甩成细丝,继而形成小滴;流速很大时,液体 离开喷口便立即被雾化。
16
雾化原理
射流雾化:射流的紊流作用在射流表面的气动力 起主要作用,形成短波扰动,引起部分流体不断 从射流表面剥离而形成细小的液滴。随着射流速 度增加,会在波长较短的扰动波作用下产生射流 破碎,比低速射流破碎得更快,形成的液滴更细, 且液滴从射流表面分离的时间比低速射流时整个 流束破碎的时间短得多,几乎是在射流喷出后就 立即开始雾化,并在整个射流长度上连续进行。
18
控制雾化的准则数——韦伯数Weber number
v l W
2
其中ρ为流体密度,v为特征流速, l为特征长度, σ为流体的表面张力系数。 韦伯数代表惯性力和表面张力效应之比,韦伯数 愈小代表表面张力愈重要,譬如毛细管现象、肥 皂泡、表面张力波等小尺度的问题。一般而言, 大尺度的问题,韦伯数远大于1.0,表面张力的作 用便可以忽略。
1、雾化评价指标 2、雾化器
7
6.2.1 雾化评价指标
① 雾化粒度:表示油滴颗粒大小的指标
( <100m )表示油滴颗粒大小的指标,有平均直径,最
大直径,中值直径等,常用平均直径法(又包含算术平
均法,表面积平均法,体积平均法,质量平均法径等)
3 n d ii
索太尔平均直径(S.M.D)
2 n d ii
23
雾化器的性能主要还是通过实验测定来完成 的。 对于上述简单机械雾化器,其出力调节只能 调节进油压力的方法进行 ,负荷 ↓ 必须降低 Po↓→雾化质量下降。(回流雾化器就是为解 决此问题提出的)。
24
回油雾化器
如图,回油式喷嘴漩流室前后各有一个通道:一个通向喷孔; 一个通向回油管.两个简单机械雾化器并联使用.
25
总油量=喷油+回油
进油压力保持不变,则总进油量保持不变.
改变回油量,喷油量改变.
能保证油在漩流室的旋转强度,进而保证雾 化质量. 宽负荷调节范围.
适宜用于负荷变化大频繁场合.
26
27
气压
p1
油压
p2
混合压 p3
p2 p2 p2 ( )min ( ) max p1 p1 p1
28
Y型喷嘴
0 2 2 k
02 2
k
粒径平方-直线定律
38
① 2 ~ 线性变化
② 燃尽时间 0→ rj=
02
k
,∴如 0 则 rj (雾
化质量是控制燃烧关键)
③ 该定律是针对扩散火焰的。
④ 如果油滴与气体间有相对运动,则两者之间的热
质交换都要增强,油滴气化所需热量供应更充足,
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