液体燃料的燃烧特点、过程和组织

（体面积平均直径）
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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）
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• 微分型（频率分布） • 积分型（累积分布）
f
dp
d Fdp d dp
Fdp0 dp fdpddp
f ( d) p
F ( d) p
0 .2 5
1 .0
R (d )
p
D (d )
0 .2 0
0 .8
p
0 .1 5
0 .6
0 .1 0
0 .4
0 .0 5
0 .2
0 .0 0
0 .0
0
2
4
6
8
10
0
2
4
6
8
10
d p
d p
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• 累积分布又分为筛上分布和筛下分布
筛上分布
dm p ax
Rdp
dp
f dpddp
筛下分布
dp
Ddp dm p ifndpddp
R(dp)+D(dp)=1
0.1
布函数
F d e
dp d
n
p
Rd 100exp(dd)n%
0.0
0
2
4
6
8 10 12 14 16 18 20
d p
Rd：液滴群中，颗粒直径大于d的质量分数
n：均匀系数，一般数值2~4。 愈大，均匀性好
d
：特征尺度（定义为
Rd
1 e
36.7%
时油滴直径）
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6.2.1 雾化评价指标
5
4 3 12
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 6
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
7
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。
qr……m3 (m2 s)
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雾化评价指标
① 雾化粒度 ② 雾化油滴均匀性 ③ 雾化角： ④ 流量密度：
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雾化原理源自文库
• 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”。
液体燃料的燃烧特 点、过程和组织
1
6.1 油燃烧特点 6.2 油的雾化 6.3 油滴燃烧过程 6.4 油雾炬燃烧 6.5 油燃烧的组织及调风器
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6.1 油燃烧特点
雾化
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。
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包含：雾化、受热蒸发、扩散混合、着火燃烧
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控制雾化的准则数——韦伯数Weber number W v2l
• 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。
③ 雾化角：
• 出口雾化角：在喷嘴出口处，做 雾化锥边界切线，夹角为出口雾化 角。
• 条件雾化角：离开喷嘴一定距离x 处，做垂直于油雾化锥中心线的垂 线，与雾化锥边界相交于两点，两 点与喷嘴中心相连得两线，夹角为。
α0
αx
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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。
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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。
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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。
• 雾化：
燃料→细滴→油雾炬，雾滴↓，表面积↑
有利于油滴的气化过程，同时也有利 于与空气的混合，保证燃烧质量。
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• 蒸发：油滴受热后表面开始蒸发→油蒸汽 • 扩散混合：燃油蒸汽与周围空气互相扩散
与混合
• 燃烧：油蒸汽与空气混合物达到着火温度后，
开始燃烧 。
在燃烧过程中，油滴内部继续受热蒸发→扩散混 合→新油气空气混合物取代已散逸燃烧产物→继 续燃烧→油滴燃尽
工程破碎过程常使用Rosin-Rammler分布
积分分布 F d e
dp d
n
p
微分分布
f dp
n1
nd e p
dp d
n
dn
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6.2.1 雾化评价指标 ② 雾化油滴均匀性
0.4
微分 分布
f dp
n1
nd e p
dp d
n
dn
函数
n=4
0.3
n=3
n=2
0.2
f(d ) p
积分分 粒度均匀性指标
1、雾化评价指标 2、雾化器
8
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）
索太尔平均直径（S.M.D）
nid i3 nid i2
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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
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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 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。