液体燃料的燃烧

• 耦合能量与组分方程，将(1)(2)改写
• 成统一形式：
gLg
d (r2 dr
dbT dr
)
W
R2
dbT dr
0
（5）
gDF
d dr
(r2
dbD dr
)
W
R2
dbD dr
0
B.C：当 r R 时
（6）
T Tw
bT
CPS (T T ) Q
bTw
YF YFw
bD
YF YF YFw YFR
d dr
(W
4
r2
CPgT
)
0
导热率在dr 范围的增量＝对流通量的增量
（1）
组分方程
d dr
(g
D g 4 r2
dYF dr
)
d dr
(W 4 r2 YF )
0
（2）
扩散率在dr 范围的增量＝组分对流通量的增量
按连续流
div( ) 0 ，即W 4 r 2 const
（S/S）
其中W 、YF 、T 为未知量，且W f YF ,T 。需根据 B.C 确定。
db dr
W R2
b
C1
（*）
将式（3）代入，初值条件壁面
C1 g Lg R2 (Ww/ g Lg ) WwR2 bw
∴式（*）为：
g Lg r 2
dbw dr
W R2 (b bw 1) 0
积分，并用r→ ∞时的B.C条件
n
bbbbww11
WwR2
gLg
1 r
（**）
• b∞=0, 但b∞ - bw 称传质数，在形式上 仍保留（令B= b∞ - bw= - bw ）。
bDw
Ww gD
• 当r→ ∞ 时
T T
YF YF 0
bT bT 0 bD b 0
L Le
/
g
DF
1
从边界条件分析，若
，则两方
程变得同义。热边界层厚度与传质边界层厚度相
等。
（7）
b bT bD
gLg
d dr
(r 2
db dr
)
W
R
2
db dr
0
• 作一次积分
g Lg r 2
• 当r→ w 时， b= bw 。
•∴
（***）
Ww
gLg
R
nB 1
——煤油灯； ——煤油炉； ——蜡烛。
雾化燃烧
喷雾燃烧的关键因素
蒸发良好 供氧充分
斯蒂芬流
由
液滴的蒸发
• 低温蒸发 • 高温蒸发
单个球形液滴的 低温温蒸发
物理模型
• 基本假定
• 环境温度与液滴温度接近；液滴的蒸发 驱动力式液体蒸汽的浓度梯度；
• 液滴为球形，悬浮在稳定静止的介质环 境中；
• 液滴表面为饱和蒸汽状态，且可以处理 为理想气体
数学描述与求解
• 球坐标中的扩散方程 • 稳态条件 • 边界条件 • 蒸发率——（langmuir公式）
单个球形液滴的 高温蒸发
• 稳定蒸发时，液相区为初温TR，浓度 YFR=1 • 气相区无穷远处燃料的浓度 YF∞=0 • 基本方程：组分守恒 、 能量守恒
闪点测定
测定方法：缓慢加热试验容器中的可燃液体； 向可燃液体的蒸发空间引入火源；在液面上首 先出现闪燃时，可燃液体所具有的温度就是闪 点。
测定方法分类：开杯式闪点测定仪一般适用于 测定闪点高于100℃的液体，闭杯式适用于闪点 低于100℃的液体。
混合液体的闪点
完全互溶的可燃液体的混合液体的闪点：这类 混合液体的闪点一般低于各组分的闪点算术平 均值，并且接近于含量大的组分的闪点。 可燃液体与不可燃液体混合液体的闪点：在可 燃液体中掺入互溶的不燃液体，其闪点随着不 燃液体含量增加而升高，当不燃组分含量达一 定值时，混合液体不再发生闪燃。
导入常用傅立叶定律
q
g
(
dT dr
)
∴
W
Q
g
(
dT dr
)
即
W
g
d dr
(T ) Q
kJ / m2 sec
kJ / m2 sec
∵
Lg
g g CPg
∴
W
Lg g
d dt
(CPS T Q
)
• 以下是传质速度的求解过程：
定义无因次温度
bT
CPS (T T ) Q
∵T 为常数
∴
W
Lg g
dbT dr
闪点计算
（1）波道查公式；
t f 0.6946 tb 73.7
（2）利用液体分子中的碳原子数
(t f 277.3)2 10410nc
5、 粘度与凝固点
燃烧方式
液体蒸发成燃料蒸汽，再与氧气完 成扩散燃烧过程：蒸发是关键。
预蒸发燃烧； 表面燃烧； 雾化燃烧。
预蒸发燃烧
表面燃烧
液体在一个设定的表面蒸发，然后完成扩 散燃烧过程。
液体燃料的燃烧
液体
蒸发
气体 ＋ O2
燃烧
液体燃料的性质
1、蒸气压：
在给定温度下，液体和其蒸气处于 平衡状态时，蒸气所具有的压力， 称为饱和蒸气压（蒸气压）。
蒸气压主要由液体的性质（液体分子间的 作用力）和温度决定。 克劳修斯-克拉佩龙方程（与温度的关系）：
ln P0 LV C RT
lg P0 LV C 2.303RT
2、蒸发潜热
在给定的温度（或压力）下， 单位质量的液体蒸发所吸收的 热量。
3、沸点
液体的饱和蒸气压与外界压力相 等时，液体所具有的温度。 沸点与外压的关系：外压越低， 沸点越低。
4、 闪燃与闪点
闪燃：可燃液体遇火源后，在其表面上产生 的一间即灭的燃烧现象。是可燃液体着火的 前奏或火险的警告。 闪燃原因：在较低的温度下，可燃液体的蒸 发速度较慢时，当其小于蒸气燃烧时的消耗 速度时，遇火源就只能维持瞬时燃烧。 闪点：在规定的试验条件下，可燃液体表面 上能产生间燃时，可燃液体的最低温度。
• 为求解蒸发速度，必须知道液相及气相的温 度与组分分布
• 这是一个典型的耦合了热量与 质量传递的Stefen流问题：
• 温差（T ∞ －TW）引起热传递； • 浓度差（YFW- YF∞ ）引起质量
扩散
1．控制方程（忽略表面力、体积力作功所转换成的能量）
能量方程
d dr
( g 4
r2
dT dr
)
同理，对组分 F 的通量按 Stefen 流考虑
W YFR
W YFw
(g
DF
dYF dr
)
即
W
g
DF
Baidu Nhomakorabea
d dr
( YF YFw YFR
)
（3）
➢定义无因次浓度
bD
YF YF YFw YFR
∴
W
g D F
dbD dr
W
W f YF T ,T
（4）
只说明 W （传质率）与温度梯度与组分梯度有关。
上述两个方程、三个未知数，需要补充方程求解。 求解思路：首先找出传质速度W// 的表达式。
求解传质数的思路是：液体燃料流出的总热量与导入表面的热通量相等。
B.C：在壁面处（r R ），蒸发单位质量的燃料蒸气所需吸入热量
Q CP (Tw TR ) L kJ / kg
W (kg / m2 s)