《燃烧学讲义》课件
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x T T Ci Ci
x T T f C i 0
wenku.baidu.com 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
预热区： 忽略化学反应的影响,能量方程作如下简化 ：
均相火焰 多相火焰（异相火焰 ）
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。
U—未燃混合气局部流速
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
u0upus uuppuuss Sl＝u0
(up、us反方向） (up、us同方向）
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。
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
H2 CO CH4 C2H2 C2H4
正 常 速 度 uH, m/s
1.6 0.30 0.28 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 ）
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： 状态方程：
u u S l c o n st （4-11）
uCpddT xddxddT xWQ （4-12）
uddC xi ddxDddC xi W
pM eq RT
（4-13） （4-14）
1. 边界条件 ：
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
火焰自行传播
缓燃火焰(或称正常火焰) 爆震火焰
燃料与氧化剂在进入反应区以前有无接触
火焰状态
移动火焰 驻定火焰
（见图）
预混火焰 （本章） 扩散火焰 （第五章）
流体力学特性
层流火焰 湍流火焰
两种反应物初始物理状态
,
0 dx
x0:TTb
d 2T dx2
WQ
0
d dx
dT dx
wQ
ddTxdddTxwQdT d12(ddTx)2wQdT
dT
dx b
2 Tf wQdT
Tb
(4-19)
由(4-16)式与(4-19)式得 ：
Sl
2 Tf wQdT T 2
Cp Tf T
Sl u
2 Tf wQdT Tb
Chin：
l
Sl
Law和Tseng ：
l
Dm 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
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。
uCpddT xddxddT xWQ
ddx2T2 uCp
dT0 dx
边界条件：
x0:TTb
dT
x:TT,
0 dx
对（4-16）积分：
dT dx b
uCpTbT
(4-16)
反应区： 忽略对流传热项 ,能量方程作如下简化 ：
uCpddT xddxddT xWQ
d 2T dx2
WQ
0
边界条件：
dT
x:TTf
《燃烧学》课件
精品jin
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）。
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。
层流火焰图
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
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
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
Un Ucos Sl Ucos
Cp Tb T2
积分、化简得 ：
S lC p 2 2 2T n f!W T Q n 2 E E T f2 n 1 T T f ne x p E R T 1 f T 1
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。
x T T f C i 0
wenku.baidu.com 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
预热区： 忽略化学反应的影响,能量方程作如下简化 ：
均相火焰 多相火焰（异相火焰 ）
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。
U—未燃混合气局部流速
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
u0upus uuppuuss Sl＝u0
(up、us反方向） (up、us同方向）
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。
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
H2 CO CH4 C2H2 C2H4
正 常 速 度 uH, m/s
1.6 0.30 0.28 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 ）
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： 状态方程：
u u S l c o n st （4-11）
uCpddT xddxddT xWQ （4-12）
uddC xi ddxDddC xi W
pM eq RT
（4-13） （4-14）
1. 边界条件 ：
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
火焰自行传播
缓燃火焰(或称正常火焰) 爆震火焰
燃料与氧化剂在进入反应区以前有无接触
火焰状态
移动火焰 驻定火焰
（见图）
预混火焰 （本章） 扩散火焰 （第五章）
流体力学特性
层流火焰 湍流火焰
两种反应物初始物理状态
,
0 dx
x0:TTb
d 2T dx2
WQ
0
d dx
dT dx
wQ
ddTxdddTxwQdT d12(ddTx)2wQdT
dT
dx b
2 Tf wQdT
Tb
(4-19)
由(4-16)式与(4-19)式得 ：
Sl
2 Tf wQdT T 2
Cp Tf T
Sl u
2 Tf wQdT Tb
Chin：
l
Sl
Law和Tseng ：
l
Dm 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
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。
uCpddT xddxddT xWQ
ddx2T2 uCp
dT0 dx
边界条件：
x0:TTb
dT
x:TT,
0 dx
对（4-16）积分：
dT dx b
uCpTbT
(4-16)
反应区： 忽略对流传热项 ,能量方程作如下简化 ：
uCpddT xddxddT xWQ
d 2T dx2
WQ
0
边界条件：
dT
x:TTf
《燃烧学》课件
精品jin
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）。
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。
层流火焰图
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
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
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
Un Ucos Sl Ucos
Cp Tb T2
积分、化简得 ：
S lC p 2 2 2T n f!W T Q n 2 E E T f2 n 1 T T f ne x p E R T 1 f T 1
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。