燃烧学第5章：液体燃料燃烧.
工程燃烧学_5
第五章扩散火焰与液体燃料燃烧第五章扩散火焰与液体燃料燃烧许多实际燃烧设备中，常常由于燃料性质限制而不容易形成预混合气。
此时，通常是将燃料和氧气（或空气）分别供入燃烧室空间内，燃料和氧气的混合过程和化学反应过程是同时进行的。
第五章扩散火焰与液体燃料燃烧第五章扩散火焰与液体燃料燃烧在通常燃烧室高温环境下，化学反应过程进行很快，而燃料和氧的混合过程要慢得多。
因此，控制燃烧速率的是混合过程的快慢，这就是扩散燃烧的基本性质。
第五章扩散火焰与液体燃料燃烧第五章扩散火焰与液体燃料燃烧随使用燃料的形态不同有气体扩散燃烧和液体扩散燃烧之分。
气体扩散燃烧时，随喷入燃烧室内燃料气体的流动状态不同而分为层流扩散燃烧和湍流扩散燃烧两种形式，两者的燃烧形态及机理不同。
液体喷雾燃烧时，要把液体燃料向燃烧室内喷散雾化成细小液滴，并尽可能分布在较大的空间范围内（why?)；液滴再吸热蒸发和燃烧。
第五章扩散火焰与液体燃料燃烧第五章扩散火焰与液体燃料燃烧了解燃料喷射雾化，液滴的蒸发和燃烧的基本规律是掌握扩散燃烧的基础。
对于复杂的、实际的喷雾燃烧和湍流扩散燃烧现象，要按具体条件做近似分析。
第五章扩散火焰与液体燃料燃烧第一节气体扩散燃烧1.1 基本概念一般来说，凡是燃料和氧化剂未预先混合的燃烧过程，可称为扩散燃烧，或称扩散火焰。
在这种火焰中，化学反应速率比由扩散引起的质量输运速率和由热传导产生的能量输运速率快得多。
它的显著特点是火焰面内化学反应速率很高、燃烧区厚度很薄的面，可以当做数学中的表面处理。
燃烧面的一侧为燃料气体，另一侧为氧化剂气体。
第五章扩散火焰与液体燃料燃烧第一节气体扩散燃烧按照混合气流动的性质可将扩散火焰分为层流扩散火焰和湍流扩散火焰。
蜡烛、火柴在空气中的燃烧，单个燃料液滴在含氧介质内的燃烧等都属于层流扩散火焰；工业用燃烧器（燃烧气体或液体燃料的各种加热炉）、涡轮喷气发动机和在某些类型的液体火箭发动机和内燃机燃烧室中的燃烧过程，则存在湍流扩散火焰。
高等燃烧学-6液体燃料的燃烧
第四节 燃油喷嘴的雾化特性 一、油珠群的平均直径
算术平均直径：
d m (或 d 1)0 n id i n i
表面积平均直径：
d m ( 或 sd 2)0 n id i2
n1 /2 i
体积平均直径：
d m ( 或 v d 3)0 n id i3 n i1 /3
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第二节 燃油雾化过程 燃油雾化现象
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第二节 燃油雾化过程
燃油雾化过程
1. 液体由喷嘴流出形成液柱或液膜。 2. 由于液体射流本身的初始湍流以及周围气体对
二、离心喷嘴理论
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第三节 燃油雾化装置－喷嘴
二、离心喷嘴理论
空气涡核
离心式喷嘴内理想流体的伯努利方程
p1 2fu x 21 2fu 2p in 1 2fu i2n H 0 co . nst
第三节 燃油雾化装置－喷嘴 离心喷嘴
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【2017年整理】燃烧学复习重点
第一章燃烧化学反应动力学基础1、什么叫燃烧？2、浓度和化学反应速度正确的表达方法？化学反应速度如何计量？3、什么是单相反应、多相反应、简单反应、复杂反应、总包反应？4、质量作用定律的适用范围？如何从微观的分子运动论的观点来理解质量作用定律？试用质量作用定律讨论物质浓度对反应速度的影响。
5、什么是反应级数？反应级数与反应物浓度（半衰期）之间的关系如何？6、常用的固体、液体和气体燃料的反应级数值的范围是多少？7、试用反应级数的概念，讨论燃尽时间与压力之间的关系。
8、惰性组分如何影响化学反应速率？9、Arrhenius定律的内容是什么？适用范围？如何从微观的分子运动论的观点来理解Arrhenius定律？10、什么是活化能？什么是活化分子？它们在燃烧过程中的作用？11、图解吸热反应和放热反应的活化能与反应放热（吸热）之间的关系。
12、什么叫链式反应？它是怎样分类的？链反应一般可以分为几个阶段？13、描述氢原子燃烧的链式反应过程。
14、试用活化中心繁殖速率和销毁速率的数学模型，结合编程技术，绘制氢原子浓度随时间变化的图线，解释氢燃烧的几种反应的情况。
并讨论：分支链反应为什么能极大地增加化学反应的速度？15、烃类燃烧的基本过程是什么，什么情况下会发生析碳反应？如何进行解释？什么样的烃类燃烧时更容易发生析碳反应？如何防止烃类燃烧析碳？16、图解催化剂对化学反应的作用。
17、什么叫化学平衡？平衡常数的计算方法？吕·查德里反抗规则的内容是什么？18、什么是燃料的低位发热量和高位发热量？19、试用本章的知识解释，从燃烧学的角度来看，涡轮增压装置对汽车发动机的作用是什么？20、过量空气系数（a）与当量比（b）的概念？21、燃烧过程中，有几种NOx的生成机理？第二章燃烧空气动力学基础——混合与传质1．为什么说混合与传质对燃烧过程很重要？2．什么是传质？传质的两种基本形式是什么？3．什么是“三传”？分子传输定律是怎样表述的？它们的表达式如何？（牛顿粘性定律、傅立叶导热定律、费克扩散定律）4．湍流中，决定“三传”的因素是什么？湍流中，动量交换过程和热量、质量交换的强烈程度如何？怎么用无量纲准则数的数值来说明这一点？5．试推导一个静止圆球在无限大空间之中，没有相对运动的情况下，和周围气体换热的Nu数，以及和周围气体进行传质的Nu zl数。
燃烧学 6液体燃料的燃烧
6液体燃料的燃烧6.1液体燃料的燃烧原理✧液体燃料的燃烧方式：主要为扩散燃烧✧液体燃料的燃烧过程：先蒸发气化为油蒸汽，进而进行均相燃烧。
（1、雾化2、蒸发3、掺混4、燃烧）✧液体燃料燃烧特点：1、扩散燃烧2、非均相燃烧✧液体燃料与气体燃料的不同点：液体燃料在与空气混合之前存在着蒸发气化过程✧液体燃料在在着火燃烧前发生蒸发与气化的特点，可将其燃烧分为，液面燃烧、灯芯燃烧、蒸发燃烧、雾化燃烧。
✧燃油雾化燃烧：油的雾化油滴的蒸发油滴的燃烧过程✧雾化燃烧：用雾化器将燃油分裂成许多微小而分散的油滴，以增加燃油单位质量的表面积，使其能和周围空间的氧化剂更好地进行混合，在空间达到迅速和完全的燃烧。
✧雾化的方法可分为机械式雾化和介质式雾化。
✧液体燃料雾化的目的（为什么用雾化、为什么说雾化过程是液体燃料燃烧的关键）：（P185）✧雾化性能及质量的评定主要指标：（P185）✧雾化过程的几个阶段：（P185）✧雾化角等概念（P186-P191好好看看）✧常用雾化方式及装置：①机械雾化、介质雾化、混合式雾化、组合式雾化。
②✧配风器的作用（任务）：P195✧配风原理及配风器应该满足的要求：P196-P197✧合理的稳焰技术：P203✧对于重油燃料，燃烧器应？P204✧加强液体燃料的燃烧方法：P201（1）加强雾化，减小油滴直径，选用合适的雾化器；（2）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；（3）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。
（4）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；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。
《消防燃烧学》第5章 燃烧温度
t热
Q低
因此 ct3＋bt2＋at－Q低＝0 解方程即得t热
14
理论燃烧温度计算
理论燃烧温度表达式如下
t理 Q 低 Q空 Q 燃 Q分 V n c产
Q低、Q空、Q燃都容易计算 需要计算Vn.c产 更关键的是计算Q分
15
高温热分解
温度越高，分解越强；压力越高，分解较弱 工业炉中，只考虑温度，且只有大于1800度 才考虑热分解 并且只考虑CO2和H2O的热分解反应，则分 解热Q分
8
比热近似法
产物整体比热近似值法(表5－2)
根据具体的燃料成分计算V0 ＝(VCO2＋VH2O＋VN2 ＋…) ，根据燃料种类确定c产
适用性：燃烧产物的平均比热受温度的影响不 显著，特别是空气作助燃剂
CO2和H2O的比热对温度的变化比较敏感，N2不明 显 C和H燃烧以后，产物的比热虽然增加，但是不大 各种燃料燃烧以后产物的比热介于C和H的产物比 热之间，差别不大
理
t理 '
Q 低 Q空 Q 燃 V n c产
（3）计算不考虑Q分的i总，然后查图5－4得到t理
i总 Q低 Q空 Q燃 Vn
20
影响理论燃烧温度的因素
燃料种类和发热量
主要取决于单位体积燃烧产物的热含量 考虑Q低/V0，比考虑Q低的影响更符合规律
t理
Q 低 Q空 Q 燃 Q分 V n c产
t热 Q低 V 0 c产
与传热条件、炉子结构等因素有关吗？ 只和燃料性质有关
6
理论发热温度的计算
燃烧学—第5章2
16.3
中国矿业大学能源学院安全与消防工程系
21
《燃烧学》--第五章
举例：飞机油箱中燃油的爆炸温度极限的变化
图 5-14 图
飞机飞行期间燃油可燃性区域示意
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22
《燃烧学》--第五章
3．水分或其他物质含量
在可燃液体中加入水会使其爆炸温度极限升高。 如果在闪点高的可燃液体中加入闪点低的可燃液体，则混合液体 的爆炸温度极限比前者低，即使低闪点液体的加入量很少，也会 使混合液体的闪点比高闪点液体的闪点低得多
35866 t上 311.7K＝38.6℃ ' 2.303 8.314 9.8443 lg6839 2.303 R C lg Pf Lv 35866 t下 278.1K＝5.0℃ ' 2.303 8.314 9.8443 lg1287 2.303 R C lg Pf
或者利用安顿（Anloine）方程
b lg p a tc
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11
《燃烧学》--第五章
例5—1 已知癸烷的爆炸下限为0.75％，环境压力为 1.01325×105Pa，试求其闪点。 解 闪点对应的蒸气压为 Pf＝0.75%×1.01325 ×l05＝760（Pa） 查表5—5，癸烷的Lv＝45612 J/mol，C′=10.3730。 将已知值代入式（5-17b），得闪点为
液面上方液体蒸气浓度达到爆炸浓度极限，混合气体遇火源 就会发生爆炸。 蒸气浓度与温度成一一对应关系。 蒸气爆炸浓度上、下限所对应的液体温度称为可燃液体的爆 炸温度上、下限，分别用t上、t下表示 液体温度处于爆炸温度极限范围内时，液面上方的蒸气与空 气的混合气体遇火源会发生爆炸。
燃烧学讲义2014-第五章
2
火焰锋面
O2—C∞
δ
∵在∞：O2浓度C∞
C
r=r1,C=0
0
dr 4 DdC q m 2 r r1
1 1 4 D ( C 0) q m ( ) r1
r1
qm r1 4 DC
西安交通大学能源与动力工程学院
柴油 重油 ：初期 稳定期 后期
规律好（轻质油） 油滴受热膨胀，δ↑ 轻质部分受热蒸发，规律好 重质部分包覆，δ↑ 破裂，δ↓
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四、合理配风
油雾燃烧基本上属于扩散火焰，不会回 火，也不易脱火。 保持火焰稳定性主要防止脱火：使用钝 体、稳焰器，或者值班火焰
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
第四节 液滴燃烧
①油滴为球形，其周围温度场、浓度场均匀 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=Tb 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（油蒸汽穿过锋面逃逸的 量）=0 ⑤O2 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
西安交通大学能源与动力工程学院
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提升油滴燃烧 速度的措施
8 k r
Cp DC ln 1 ( T T ) r 0 H Cp
① ρr↓→k↑ ，轻质油的燃烧速度更快。 ② Cp↓,λ↑→k↑ ，气体导热性能好，燃烧更快。 ③ H↓→k↑ ，油的气化潜热少，燃烧更快。 ④Tr↑→k↑ ，燃烧环境温度高，燃烧更快。 ⑤ T0↓→k↑ ，油的饱和温度低，燃烧更快。 ⑥ D↑→k↑ ，湍流传质能力强，燃烧更快。 ⑦C∞↑→k↑ ，环境氧浓度高，燃烧更快。
燃烧学-5.扩散燃烧及火焰-PPT课件
雾化液体的液滴大小；
雾化液体液滴大小的均匀性。
江苏大学
1. 喷雾油束的空间形状 油束锥角(spray angle) —— 喷油嘴孔口处油束外包络 线的两条切线之间的夹角 s Sitkei给出的经验公式：
a d 0 . 7 2 c R 3 10 s e l f
柴油机燃油喷射雾化：机械式高压喷射
喷嘴
共轨式喷油器
传统喷油器
喷雾
江苏大学
传统的燃油破碎雾化机理——气动雾化理论
通过喷孔或环形缝隙，把燃油伸展成油柱(stream)或锥 形空心油片(sheets)； 在油柱或油片的表面出现波纹和扰动； 在上述表面波和扰动的作用下，在油柱或油片的表面 形成油线或空洞； 油线的分裂(collapse)或空洞的扩大产生较大的油滴； 由于大油滴在各种外力(运动液体的惯性力，气体动力， 表面张力，粘性力等)的作用下发生振动，分散成小油 滴； 小油滴之间的碰撞可能产生更小油滴或聚合成较大油 滴，这些油滴的综合体称为油束(spray)。
江苏大学
一、燃料雾化的喷射特性 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。
液体燃料的喷射雾化方法
用机械方法或用压缩空气对燃料加压喷散到燃烧室内； 对燃料施加高压并用旋转加速方法从喷嘴喷出使其粉 碎和分散； 采用高压将燃料喷射在固体壁或挡板上产生飞溅破碎 等等。
江苏大学
江苏大学
雾化机理 传统上： 喷雾雾化过程
新 的 雾 化 理 论 初次雾化
（近嘴区域）
二次雾化
喷嘴内的空穴 流动及湍动
江苏大学
燃烧学讲义第五章 可燃液体的燃烧
第5章可燃液体的燃烧5.1液体燃料的燃烧特点目前，液体燃料的主体是石油制品，因此讨论液体燃料的燃烧主要涉及燃油的燃烧。
液体燃料的沸点低于其燃点，因此液体燃料的燃烧是先蒸发，生成燃料蒸气，然后与空气相混合，进而发生燃烧。
与气体燃料不同的是，液体燃料在与空气混合前存在蒸发汽化过程。
对于重质液体燃料，还有一个热分解过程，即燃料由于受热而裂解成轻质碳氢化合物和碳黑。
轻质碳氢化合物以气态形态燃烧，而碳黑则以固相燃烧形式燃烧。
根据液体燃料蒸发与汽化的特点，可将其燃烧形式分为液面燃烧、灯芯燃烧、蒸发燃烧和雾化燃烧四种。
液面燃烧是直接在液体燃料表面上发生的燃烧。
若液体燃料容器附近有热源或火源，则在辐射和对流的影响下，液体表面被加热，导致蒸发加快，液面上方的燃料蒸汽增加。
当其与周围的空气形成一定浓度的可燃混合气、并达到着火温度时，便可以发生燃烧。
在液面燃烧过程中，若燃料蒸汽与空气的混合状况不好，将导致燃料严重热分解，其中的重质成分通常并发生燃烧反应，因而冒出大量黑烟，污染严重。
它往往是灾害燃烧的形式，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。
灯芯燃烧是利用的吸附作用将燃油从容器中吸上来在灯芯表面生成蒸汽然后发生的燃烧。
这种燃烧方式功率小，一般只用于家庭生活或其它小规模的燃烧器，例如煤油炉、煤油灯等。
蒸发燃烧是令液体燃料通过一定的蒸发管道，利用燃烧时所放出的一部分热量（如高温烟气）加热管中的燃料，使其蒸气，然后再像气体燃料那样进行燃烧。
蒸发燃烧适宜于粘度不太大、沸点不太高的轻质液体燃料，在工程燃烧中有一定的应用。
雾化燃烧是利用各种形式的雾化器把液体燃料破碎成许多直径从几微米到几百微米的小液滴，悬浮在空气中边蒸发边燃烧。
由于燃料的蒸发表面积增加了上千倍，因而有利于液体燃料迅速燃烧。
雾化燃烧是液体燃烧工程燃烧的主要方式。
对于不同的液体燃料，应依据其蒸发的难易程度不同的雾化方式。
易蒸发液体燃料的雾化（例如汽油）往往采用“汽化器”来实现。
燃烧学液体燃料的燃烧
dm midi
mi
•
索太尔平均当量直径
ds
d ni
3 i
d ni
2 i
上式中，
di——液滴粒径 mi——直径为di液滴对应的质量 ni——直径为di液滴对应的个数
• 雾化指标
– 雾化均匀度 定义雾化后液滴直径分布函数 R gx 100
g
上式中， Sg——液滴总质量
gx——大于某个直径x的液滴的质量
• 动力行业多采用此种燃烧方式。
二、喷雾型燃烧的特点
• 液体燃料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：燃烧速度高 油燃烧速度取决于最慢的蒸发速度
• 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
雾化。
四、液体的雾化
• 影响雾化的因素
– 油本身压力：油压高，流出速度高，雾化好 – 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）
四、液体的雾化
• 雾化指标
– 雾化细度
• 质量平均当量直径
– 由试验得到
R e
d d0
n
上式中， d0——对应于R0=36.8%的液滴直径
n——系数，称为均匀性指数，或均匀度
R
雾化液滴粒度分布
100
50
0
100
200
300
400
d(mm)
F
条件雾化角2a2
《燃烧学》课程笔记
《燃烧学》课程笔记第一章燃料与燃烧概述一、燃烧学发展简史1. 古代时期- 早期人类通过摩擦、打击等方法产生火，火的使用标志着人类文明的开始。
- 古埃及、古希腊和古罗马时期，人们开始使用火进行冶炼、烹饪和取暖。
2. 中世纪时期- 炼金术的兴起，炼金术士们试图通过燃烧和其他化学反应来转化金属。
- 罗杰·培根（Roger Bacon）在13世纪对火进行了研究，提出了火的三要素理论：燃料、空气和热。
3. 17世纪- 法国化学家安托万·洛朗·拉瓦锡（Antoine Lavoisier）通过实验证明了燃烧是物质与氧气的化学反应，推翻了燃素说。
- 拉瓦锡的氧化学说为现代燃烧理论奠定了基础。
4. 18世纪- 约瑟夫·普利斯特里（Joseph Priestley）和卡尔·威廉·舍勒（Carl Wilhelm Scheele）分别独立发现了氧气。
- 拉瓦锡和普利斯特里的实验揭示了氧气在燃烧过程中的作用。
5. 19世纪- 热力学第一定律和第二定律的发展，为理解燃烧过程中的能量转换提供了理论基础。
- 化学反应动力学的发展，科学家们开始研究燃烧反应的速率和机理。
6. 20世纪- 燃烧学作为一门独立学科得到发展，研究内容包括火焰结构、燃烧污染物生成与控制等。
- 计算流体力学（CFD）的应用，使得燃烧过程的模拟和优化成为可能。
- 环保意识的提高，促进了清洁燃烧技术和低污染燃烧技术的发展。
二、常见的燃烧设备1. 炉子- 锅炉：用于发电和工业生产中的蒸汽供应。
- 炉灶：家用烹饪设备，使用天然气、液化石油气等作为燃料。
- 热水器：利用燃料燃烧产生的热量加热水。
2. 发动机- 内燃机：汽车、摩托车等交通工具的动力来源。
- 燃气轮机：用于飞机、发电厂等，具有较高的热效率。
3. 焚烧炉- 医疗废物焚烧炉：用于医院废物的无害化处理。
- 城市生活垃圾焚烧炉：用于垃圾减量和资源回收。
采矿专业燃烧学—第5章1
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29
表5-6
液体燃料
正己烷 正庚烷
苯 甲苯 邻二甲苯 间二甲苯 对二甲苯 乙苯 航空汽油 裂化汽油
《燃烧学》--第三章
液体燃料在不同温度下的扩散系数
扩散系数D/（cm2/s）
0℃
15℃
20℃
30℃
－
－
－
0.0755
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6
《燃烧学》--第三章
燃料蒸发的程度，决定于逸出液面的分子数 与重新被吸回液面的分子数之差。
燃料的蒸发速度则不仅决定于该燃料的气化 和凝结过程，而且和逸出分子的扩散过程有密 切关系。
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7
《燃烧学》--第三章
液体分子蒸发的条件
m 表 示 液 体 分 子 的 质 量 ， ux 表 示 垂 直 于液面的x轴上分子运动的速度分量（即 法向分量），ε为液体分子逸出表面层所 作的功，则可以看出，液体分子蒸发时必 须满足下列条件：
12.4
C5H9（CH3）3
99.2
32.2
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24
表5-4
《燃烧学》--第三章
几种常见燃料的沸点范围
液体燃料
沸点范围/℃
液体燃料
℃
航空汽油（79号、95 号）
车用汽油
40～180 35～205
轻柴油（-35号，专用及 直馏）
燃料油（重油）
180～350 300以上
C5H9C2H5
103.5
24.3
C6H11CH3
100.9
27.0
燃烧学讲义-第5章气体燃料燃烧幻灯片PPT
线转化成折线的合理性
28
d d x 2 T 2 k 0e x p ( R E T )C nQ 0
2(d d T x)2 w k 0 C n Q T q r T q r T e x p ( R E T )d T 0
d d T xw2k0C nQ T qrT qr Texp(R E T)dT
燃烧学讲义-第5章气体燃 料燃烧幻灯片PPT
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燃烧过程是包括发光放热的化学反应， 故存在两个最基本的阶段：着火阶段、 着火后燃烧阶段。
着火定义：燃料和氧化剂混合后，由无化学反 应（从缓慢的氧化反应）向稳定的强烈放热状 态的过渡过程。
热着火
链式着火
2
热着火：可燃混合物由于本身氧化反应放热大于散热， 或由于外部热源加热，温度不断升高导致化学反应不断 自动加速，积累更多能量最终导致着火。——大多数气 体燃料着火特性符合热着火的特征。
7
Q
Q1
Q2Ⅰ
产热：Q 1k0ex p (R E T)C nV Q
C
Q2Ⅱ
Q2Ⅲ
A T0Ⅰ
T0Ⅱ
B Tlj T0Ⅲ
散热： Q 2 S(T T 0)
T
8
① 两个交点：A点，稳定，但其温度绝对值太低，熄 灭状态; C点，不稳定，脉动→燃烧 or 熄灭
② 线Ⅲ：Q1＞Q2，没交点，着火 ③ 线Ⅱ：Q1≥Q2，一个切点
高温火源
向可燃混合物加热 在高物物体边界层中着火
燃烧学第五章着火与熄火
0 yB
i 0 ( y0 yB ) / W0
W0 k0 ( 0 y0 ) n e E / RT0
y 0 y B TB T0 y 0 0 Tm T0
y0 y B y0 TB T0 Q (TB T0 ) Tm T0 CV
H O2 M HO2 M
而代替原来的增殖反应[b]，使链载体H与O2化合 成相对寿命较长的分子HO2（用光谱仪测到）， 它向容器壁面扩散而碰壁终止，如：
2HO2 壁 H2 2O2
其结果是破坏了一个增殖链环，因此整个反 应再次由速率很高的爆炸反应回复到稳定的反应。 一般称此界限为爆炸高限或第二极限。
相对于指数中的T0，其 影响很小，可视为常数 压力、温度下降时，感应期增大。
二、非稳态分析法
着火感应期i ：
i 0 RT02CV ( EQk 0 ( 0 y0 ) n exp( E / RT0 )
E ln i 常数 RT0
当温度和混气成分不变时：
ln i ~ (1 n) ln p
在压力很低时，由于反应[e]比较显著，所以反应无法加 速到自燃。随着压力的升高，这些链载体的自由行程就 大大的减小，以致能够到达容器壁面的链载体变得很小， 而大部分链载体参与[b]、[C]、[d]得链增殖反应，从而 使反应加速而达到自燃，这时出现图中的第一极限。
当压力升到很高时，分子很密集，就可能出现三 分子反应：
lim n lim
t t
w1
(et 1)
w1
Φ =0：
n lim
0
w2
(et 1) w1t
《高等燃烧学》习题集与解答
《高等燃烧学》习题集与解答第一章绪论1、什么叫燃烧？答：燃烧标准化学定义：燃烧是一种发光发热的剧烈的化学反应。
燃烧的广义定义：燃烧是指任何发光发热的剧烈的化学反应，不一定要有氧气参加。
2、燃烧的本质是什么？它有哪些特征？举例说明这些特征。
答：燃烧的本质是一种氧化还原反应。
它的特征是：放热、发光、发烟并伴有火焰。
3、如何正确理解燃烧的条件？根据燃烧条件，可以提出哪些防火和灭火方法？答：可燃物、助燃物和点火原始燃烧的三要素，要发生燃烧，可燃物和助燃物要有一定的数量和浓度，点火源要有一定的温度和足够的热量。
根据燃烧的条件，可以提出一下防火和灭火的方法：防火方法：a、控制可燃物；b、隔绝空气；c、清除点火源灭火方法：a、隔离法；b、窒息法；c、冷却法；d、抑制法4、我国目前能源与环境的现状怎样？电力市场的现状如何？如何看待燃烧科学的发展前景？答：我国目前能源环境现状：一、能源丰富而人均消费量少我国能源虽然丰富，但是分布不均匀，煤炭资源60%以上在华北，水力资源70%以上在西南，而工业和人口集中的南方八省一市能源缺乏。
虽然在生产方面，自解放后，能源开发的增长速度也是比较快，但由于我国人口众多，且人口增长快，造成我国人均能源消费量水平低下，仅为每人每年0.9吨标准煤，而1吨标准煤的能量大概可以把400吨水从常温加热至沸腾。
二、能源构成以煤为主，燃煤严重污染环境从目前状况看，煤炭仍然在我国一次能源构成中占70%以上，成为我国主要的能源，煤炭在我国城市的能源构成中所占的比例是相当大的。
以煤为主的能源构成以及62％的燃煤在陈旧的设备和炉灶中沿用落后的技术被直接燃烧使用，成为我国大气污染严重的主要根源。
据历年的资料估算，燃煤排放的主要大气污染物，如粉尘、二氧化硫、氮氧化物、一硫化碳等，对我国城市的大气污染的危害已十分突出：污染严重、尤其是降尘量大；污染冬天比夏天严重；我国南方烧的高硫煤产生了另一种污染——酸雨；能源的利用率低增加了煤的消耗量。
燃烧学-五-多组分反应流体守恒方程
Cp
''' , S h0 q f ,i m ,i
六、守恒标量的概念
1.简单化学反应模型 化学反应：燃料和氧化剂消失，产生二氧化碳和 水蒸气，燃气温度升高并发出热量。 假设： （1）燃料和氧化剂以化学恰当比进行单步不可逆 反应，生成单一的燃烧产物 1kg燃料+ kg 氧化剂 (1 )kg 产物 （a） （2）各组分的传输特性相同，但可以随空间位置 而变化(每处每参数相等，但可不均匀）；
vi vi ,diff v
组分总的质量通量等于对流通量和扩散通量之和，即
组分总的质量流量
q
'' m ,i
q m9;'
扩 散 通 量
m ,i ,diff
对流通量
wi v wi vi ,diff
将（c）式代入式（a），得
（ c）
代入分子输运的费克扩散定律，得
H MW H H O MW H O
( wi ) '' ''' qm ,i qm ,i t
由
'' m ,i
组分
i 的质量守恒方程的一般矢量形式为
，
'' m
i 1,2,, N
，得
（ a）
q wi vi q v
混合物质量平均速度
v wi vi
（b）
组分速度等于质量平均速度叠加上扩散（布朗运动）速度
( pA) x ( pA) x x qm [(v) xx (v) x ]
上式除以 A，并取极限 x
x 0
，得
或
dp '' dv qm dx dx dp dv vx dx dx
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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 两交点，连接喷口中心与两边界线交点的连线，这两连线间 的夹角称为条件雾化角，可用 表示。
2、雾化液滴细度：表示喷雾炬液滴粗细程度。 由于雾化后的液滴大小是不均匀的，因此只能用液滴 的平均直径来表示液滴的细度。 （1）索太尔平均直径（SMD）
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。
d1
5
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。 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。Mdl 源自dlm M dl dlm
3、雾化均匀度：燃料雾化后液滴颗粒尺寸的均匀程度。 用均匀性指数n来衡量 均匀性指数n可从罗辛－拉姆勒（Rosin-Rammler） 分布函数中求得
R 100exp(bd1n )
d li n R 100 exp[( ) ] d lm
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
图5-11 燃料分布特性 a)、b)离心式机械雾化喷嘴> c)直流式机械雾化喷嘴
第三节 液滴的蒸发
一、液滴蒸发时的斯蒂芬流
二、相对静止环境中液滴的蒸发 三、强迫气流中液滴的蒸发
四、液滴群的蒸发
第三节 液滴的蒸发
一、液滴蒸发时的斯蒂芬流 1、蒸发过程液滴周围成分分布
图5-12 液体周围成分分布 wxg—空气中空气质量分数 wlg—空气中燃料蒸气的质量分数 wxgs—液滴表面的燃料蒸气质量分数 wlgs—液滴表面的空气质量分数
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、旋转式雾化喷嘴
• 压力油流通过空心轴进入喷嘴头部高速旋转的转杯内，其转 速约为3000~6000rpm，高速旋转产生的离心力，使油流从转 杯内壁向出口四周的切线方向甩出，因速度较高使油膜被空 气雾化成细滴。旋转杯式喷嘴的结构示于图6-5所示。
图5-6 中间回油式机械喷嘴 1—二次风嘴 2—一次风嘴 3—转杯 4—风机 5—转轴 6—进油管 7—进油体 8—电动机
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。
4
6、 强化液体燃料雾化的方法
（1）提高液体燃料的喷射压力，压力越高，雾化得越细
（2）降低液体燃料的粘度与表面张力，如提高燃油的温 度可降低燃油的粘度与其表面张力 （3）提高液滴对空气的相对速度。而且增强液体本身的 湍流扰动也可提高雾化效果
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
N 3 3 V dSMD N i d li 6 6
2 2 A N dSMD Ni dli
3 N d i li
d SMD
2 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。
第五章
液体燃料燃烧
5.1 液体燃料的特性 5.2 液体燃料的雾化 5.3 液滴的蒸发 5.4 液滴燃烧
1
第二节 液体燃料的雾化
一、雾化过程及机理 1、雾化过程：液体燃料碎裂成细、小液滴群的过程。 2、影响因素：（1）流体的湍流扩散 （2）液滴穿越气体介质时所受到的空气阻力
3、重要参数：（1）液体燃料射流与周围气体间的相对速度 （2）雾化喷嘴前后的压力差 4、四个阶段： 液体 液体 球形 进一 液 碎片 柱 步 或 或 碎裂 液滴 细丝 液膜 体
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
单位时间内，通过与燃料喷射方向相垂直的单位横截面上燃 料液体质量（或体积）沿半径方向的分布规律。
：特征尺度（相当于 d lm
dli：与R相应的液滴直径
R 36.8% 时油滴直径）
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。