第一节预混气中火焰的传播理论

公式（4-2）变形
声速
两式相除
u [ ] 2
1
PP P
2 1 P 1
a2
K
R MS
T
KP
(
1
)
u2
1
2
[
1
PP P
P 1
]
a2
KP
(
1
)
令 u a
Ms
M 2
1
2
[
1
PP P
P 1
]
s
KP
(
1
)
返回
{
(
PP P
1) /[1
1 1
P
]}
/
K
二、正常火焰传播和爆轰
2、扩散理论 凡燃烧都是链式反应，火焰能在新鲜混气中传播是由于 火焰中的自由基向新鲜冷混气中扩散，使新鲜冷混气发 生链锁反应的结果。
二、层流火焰传播速度——马兰特简化分析
1、物理模型 如图，分为（Ⅰ）预热区（Ⅱ）反应区若区导出的热量能 使未燃混气温度上升到某个着火温度Ti,火焰就能保持稳定 传播，该反应区内的温度分布为线型分布
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dT Tm Ti
dX
c
2、热平衡方程
GC P (Ti
T )
FK
Tm Ti
C
3、火焰传播速度
G F U F Sl
(
F
Sl
)CP
(Ti
T )
FK
Tm Ti c
Sl
CP
(Ti
T )
K
Tm Ti c
Sl
K (Tm Ti )
CP (Ti T ) c
令a
K CP
Sl
a
（一）爆轰区
1、爆轰：主要依靠冲击波（激波）的高压使未燃气受到 近似绝热压缩的作用而升温着火，从而使燃烧波在未燃 区中传播的现象。
2、爆轰区的特点 （1）燃烧后气体压力要增加 （2）燃烧后气体密度要增加 （3）燃烧波以超音速传播
（二）正常火焰传播区
1、正常火焰传播：主要依靠导热的作用，将火焰中产生 的热量传给未燃混气，使之升温并着火，从而使燃烧波在 未燃气中传播的现象。
2、特点： （1）燃烧后气体压力要减小或接近不变。 （2）燃烧后气体密度要减小。 （3）燃烧波以亚音速进行传播。
作业：P10:26、27、28、29题 第四章1题
第二节 层流预混气中正常火焰传播速度
一、火焰前沿的结构、特点及火焰传播机理
（一）火焰前沿：火焰在预混气中传播时，区分已燃区和 未燃区的一层薄薄的化学反应发光区。 （二） 火焰前沿的结构、特点
1、 火焰前沿分为两部分：预热区、化学反应区 （1）火焰前沿接触冷混气的一面，有很大部分是用来 预热冷混气的，称预热区。 （2）化学反应区：有95~98%的混气发生反应。
2、存在强烈的导热和物质扩散。
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（三）火焰传播机理
1、热理论 火焰能在混气中传播是由于火焰中化学反应放出的热量 传播到新鲜冷混气中，使冷混气温度升高，化学反应加速 的结果。
(Tm Ti )
(Ti T ) c
（1）又
c
Sl
c
Sl
fs Ws
S a (Tm Ti ) Ws
l
(Ti T ) fs
❖结论：层流火焰传播速度与导温系数 a及化学反应速度WS的 平方根成正比。
（2） 又
Ws Kos
f e n
n
E RTm
s
a K CP
Sl
K
(Tm
Ti
)
K os n2
2、实际火焰传播速度
Ui
U10(1
) r2
R2
UR1—0 —圆管管中半心径气(cm流) 速度(cm / s)
Ui — 半径为处的流速
用余弦定理计算火焰传播速度
Sli Uin Ui cos i
f
sn1e
E RTm
C P (Ti T )
P
Sl
n2
P n2
Pn 2
1
❖结论：对于二级反应，火焰传播速度与压力无关
局限性：当Ti=T时，火焰传播速度为无限大，错误。
Sl
K
(Tm
Ti
)Biblioteka Baidu
K
os
n2
f sn1e
E RTm
C P (Ti T )
三、火焰传播速度的影响因素 1、初温影响 混气初温增加，火焰传播速度越高。
2、压力的影响 对二级反应，压力与火焰传播速度关系不大。
3、可燃气体浓度的影响
混气中可燃气与空气比值不同， Sl不同。存在一最佳 比值，在此最佳比值条件下火焰传播速度最快；火焰 传播存在浓度极限，混气中可燃气太少或太多，火焰 均不能传播。
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4、惰性气体的影响 惰性气体加入量越多，火焰传播 速度越小。
5、混气性质的影响
Sl a1 2
CP
混气导热系数增加，火焰传播速度增加，热容增加，火焰 传播速度下降。
四、层流火焰传播速度的测定
1、理想火焰传播速度的测定 理想层流火焰面可以看作一正锥体。
U1n A Sl A V
V
S—l 混VA气
容
积
流
速
A —火焰表面积
U1n — 气流速度在火焰法向上的分量
K ( PP
K 1 P
P
)
1 2
(
PP
P
)(
1
1
P
) q （4 - 1）
（2）瑞利方程
1
PP
P
P
1
m2
2u2
P 2uP 2
(4 - 2)
（3）判断方程
KM2
( PP P
1)
[1 1 P ] 1
(4 - 3)
如果给定混气的初始状态，则终态必须同时满足雨果尼特方程 和瑞利方程
第一节 预混气中火焰的传播理论
一、物理模型和基本方程
（一）物理模型 1、一圆管中充满静止可燃混气，管中某处有一火源， 使混气着火。 2、假定火焰从右向左传播，混气自左向右流动，流速 均为u∞，那么火焰相对于管壁就会驻定下来。
根据气体动力学理论，上述各参数应满足以下方程 （二）基本方程
（1）雨果尼特方程