液体燃料的燃烧特点、过程和组织
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。
第四章液体燃料的燃烧理论
2．基本方程及求解
p = const
2
G —总蒸发速率
（液滴与环境无相对速度） 液滴与环境无相对速度）
df i d df i 2 4πr ρv − (4πr Di ρ )=0 dr dr dr
水蒸气蒸发的质量流正好等于总质量流， 水蒸气蒸发的质量流正好等于总质量流，即Stefan流。 流
22
2．碳在纯氧中的燃烧 ．
C + O2 → CO 2
12
碳表面
32
44
f O2 + f CO2 = 1
( ∂f O2 ∂y )0 = −( ∂f CO2 ∂y )0
23
2．碳在纯氧中的燃烧 ．
氧扩散流
（1）液滴与环境无相对速度，只有Stefan流引起 的球对称一维流动； （2）忽略热辐射和热解离（例：CH4→C+2H2）； （3）过程是准定常的，即不考虑液面的内移效应； （4）火焰面为一几何面，火焰面上 f f = f ox = 0 。
28
2．基本方程及求解
基本方程（球坐标下） （1）基本方程
2
—单位质量液体的蒸发热 单位质量液体的蒸发热， q e = L + C l (T0 − Tl ) 单位质量液体的蒸发热
df i 2 − 4πr0 Di 0 ρ 0 ( ) 0 + 4πr0 f i 0 ρ 0 v0 = f il (4πr02 ρ 0 v0 ) dr
气体扩散流 Stefan流 流 携带的该组分 液体蒸发引起的 液滴消耗量
bD = bT = b
bT ≡ C P (T − T∞ ) qe 2
第七讲 液体燃烧
第一节 液体燃料的雾化
§7-1 液体燃料的雾化
• 燃烧方法：
蒸发燃烧：汽油 接近均相燃烧（单相扩散燃烧） 雾化燃烧：柴油，重油 非均相燃烧（多相扩散燃烧）
• 液体燃料雾化燃烧经历雾化、蒸发、混合、 着火和燃烧几个阶段。
§Hale Waihona Puke -1 液体燃料的雾化• 雾化目的：增大液滴的比表面积，加快蒸发 速率。 • 燃烧速率取决于蒸发速率蒸发表面积减 小滴径雾化 • 本节主要包括以下内容： • 一、雾化方法 • 二、雾化机理 • 三、雾化质量指标
(3)、油的物理性质
• 影响雾化质量的油的物理性质主要是粘度和 表面张力。粘度影响最大。 • 提高温度，可以降低粘度和表面张力（降低 不大），使雾化质量提高。 • 对离心式机械喷嘴：雾化初始段黏度影响起 决定作用；雾化中期，表面张力起主要作用； 雾化后期，黏度和表面张力同时起作用。
(4)、雾化介质的物理性质
(1)、喷咀结构
• 结构参数、型式及加工质量对雾化质量影响 很大。如对离心式机械喷咀，油离开喷嘴时 切向速度和径向速度的比值大小对雾化质量 有决定性的影响。切向速度增大，喷雾锥角 增大，射程缩短，卷吸的空气量大，雾化颗 粒细度较小。
(2)、喷油压降
• 提高喷嘴前后压差，可以提高喷油速度，增 大喷油量。对离心机械喷咀，油压越高，雾 化越细。油压增加，喷雾锥角增大，但油压 也不能过高，否则喷雾锥角反而略有下降。 • 使用低压雾化剂时时，油压不宜太高，否则 油流会穿过雾化剂，得不到良好的雾化。高 压雾化剂时，油压不宜太低，否则会封嘴。
(3)影响油粒平均直径的影响因素
• 包括：喷嘴结构参数、油的性质参数和工况参数P141。
• 油的性质参数：油温的影响，T提高可以显著降低油的 粘度，表面张力也有所减少，可以改善雾化质量； • 雾化剂压力和流量的影响：提高雾化剂压力，雾化剂喷 出速度将提高，相对速度对雾化直径影响很到，相对速 度越大，雾化直径越小。 • 油压的影响：油压决定油的流程速度。使用低压雾化剂 时时，油压不宜太高，否则油流会穿过雾化剂，得不到 良好的雾化。高压雾化剂时，油压不宜太低，否则会封 嘴。对于采用机械式雾化，油压越大，雾化后颗粒的平 均直径越小。
长征火箭燃料总结
长征火箭燃料总结2021年，长征火箭成为了中国航天事业的亮丽名片，多次成功发射任务，树立了中国在航天领域的声望。
作为长征系列火箭的核心，燃料在其发射过程中起到了至关重要的作用。
本文将对长征火箭所使用的燃料进行总结，并探讨其未来发展趋势。
第一节：液体燃料长征火箭采用了多种液体燃料来推动其发射过程。
其中，液氧-液氢燃料是最主要的组合，也是一种环保清洁的燃料。
液氧-液氢燃料的特点在于其高燃烧效率和低污染排放。
这种燃料在长征火箭的首、二级火箭发动机中广泛应用，其能够提供较高的推力，并且在燃烧时释放的唯一产物是水蒸气，对环境几乎没有任何污染。
此外，长征火箭还采用了液氧-煤油燃料和液氧-液甲烷燃料的组合。
这两种燃料在某些特定任务中具有独特的优势。
液氧-煤油燃料在推力和稳定性上表现出色，常用于长征火箭的助推器；而液氧-液甲烷燃料则因为其在低温环境下依然能够液化，适用于一些需要长时间储存的任务。
第二节：固体燃料除了液体燃料，长征火箭还使用了固体燃料。
固体燃料在发射过程中具有简单可靠、推力大等特点，因此常用于助推器和发射车的初级阶段。
长征火箭的助推器采用的是液氧-固体燃料组合，该组合能够提供强大的垂直起飞能力，并能够满足飞行过程中的动力需求。
然而，固体燃料也存在一些问题。
首先，固体燃料无法停止燃烧，一旦点燃就难以控制；其次，固体燃料燃烧温度高，对火箭外壳和发动机构件有一定的损坏风险。
因此，在今后的长征火箭发展中，对固体燃料的改进和优化是十分重要的。
第三节：未来发展趋势随着中国航天事业的迅猛发展，长征火箭在未来有望继续创造更多的辉煌。
在燃料方面，以下几个方向是值得关注和研究的：1. 回收利用：长征火箭的液体燃料在燃烧后，会产生大量的水蒸气。
未来可以探索将这些水蒸气回收利用，例如用于植被灌溉、制氧等方面，以进一步提高火箭的环保性。
2. 高效燃料：当前，长征火箭的燃料已经具备了很高的燃烧效率，但仍有改进的空间。
在未来的研发中，对燃料性能进行优化，提高燃料的能量密度和推进力，将是一个重要方向。
10-液体燃料的蒸发与燃烧
组分守恒和能量守恒方程具有相同的输运方程和相同的边界条件
在r R处 : d s g Dg m , s (即T Ts , w f w f , s ) dr s , g 式中Ts , w f , s 未知, 需要加以补充 在r 处, 0 即 : T T ; w f w f ,
用能量输运律表 示的质量蒸发率
液体组分守恒方程：
dw f s w f ,s m s g Dg m dr
总流量 对流项 扩散项
s, g
意义：在分界面的液体侧传输到油滴表面的质量传输等 于气相对流项（斯蒂芬流）和Fick扩散质量之和
s (w f ,s m
液体油雾火焰的结构 单滴油珠蒸发模型 油珠蒸发 d2定律及油珠寿命 特性参数取值 对流条件下的油珠蒸发 蒸发模型向单个燃烧油滴模型的扩展 油雾燃烧(油滴的相互作用)
第一节 液体油雾的结构
典型的液体喷雾火焰，燃料为庚烷
第二节 单个油珠蒸发模型
两相燃烧 两相扩散燃烧 油雾锥是由许多尺寸不同的单 滴油珠组成。因而单滴油珠在高温 环境的蒸发与燃烧规律是进一步研 究油雾燃烧的基础
随着雷诺数的增大（油滴和气体间的相对速度增 大），Nu增加，h增大，ms也随之增大
第三节 蒸发模型向单个燃烧油滴模型的扩展
对孤立的蒸发油滴，守恒方程可以以下面的形式表示 L(η)=0
其中η可以为质量分数变量，也可以是显焓变量。由于 方程中源项为零，故η为守恒标量，对化学反应情况， ηs可以适当组合成一个守恒标量，则 L(β)=0
s , 需要知道 s ,即需要知道 Ts 或w f , s 为了估算 m 定义 B 交换数 (传热传质驱动 ) - s 由于 0 B - s s 故 m
工程燃烧学
二、介质雾化喷嘴（气动式雾化喷嘴）
蒸汽作为介质，可以在雾化同时降低油的粘度，进入喷 嘴的燃油粘度较高时，仍能保证雾化质量，
空气作为介质时，空气压力低，雾化质量较差。
低压喷嘴（3x103~1x104Pa） 高压喷嘴（1x105Pa以上）
1. 低压空气雾化喷嘴
采用鼓风机供给的空气作为雾化介质，喷嘴前风压 低，一般为(5.0~10.0) ×103Pa，高的可达12.0×103Pa。
以平均直径表示雾化细度，工程上两种表示方法：
（1）中间直径法（d50或dMMD） 液雾中大于或小于这一直径的两部分液滴的总质量相等。
（2）索太尔平均直径法（dSMD） 假设油滴群中每个油滴直径相等时，按照所测得的所有油
滴的总体积V与总表面积S计算出的油滴直径，故又称体面积
平均直径。
d SMD
Nidi3 Nidi2
（2）雾化方法
机械式雾化 燃油在高压下通过雾化片的特殊机械结构将燃油雾化，
通过喷油嘴喷出。直流式、离心式和转杯式。 介质式雾化
靠附加的雾化介质（蒸气或压缩空气）的能量来雾化。 根据其压力的不同，分为高压雾化、中压雾化和低压雾化。 组合雾化
两种雾化方式有机结合起来。
6.2.2 雾化性能及评定指标
（1）雾化过程
雾化过程：
燃油从喷嘴喷出时形成液 流，由于初始湍流状态和 空气对油流的作用，使油 流表面发生波动，在外力 作用下，油流开始变为薄 膜并被碎裂成细油滴。
已分裂出的油滴在气体介质中还 会继续再分裂。油滴在飞行过程 中，受外力（油压形成的推进力、 空气阻力和重力）和内力（内摩 擦力和表面张力）作用，只要外 力大于内力，油滴便会产生分裂。 直到最后内力和外力达到平衡， 油粒不再破碎。
长征火箭燃料总结
长征火箭燃料总结简介长征系列火箭是中国自主研发的运载火箭系列，广泛应用于卫星发射、空间实验和载人航天等领域。
火箭的性能和可靠性在很大程度上取决于燃料的选择和使用。
本文将对长征火箭主要使用的燃料进行总结，分析其特性和优缺点。
一、液体燃料液体燃料是长征火箭主要使用的燃料之一，液体燃料可以通过喷射和喷淋等方式进行供给，具有高比冲、可调性和可控性的特点。
以下是长征火箭主要使用的液体燃料：1.1 液氧（LOX）液氧是长征火箭常用的氧化剂，其低温液态状态下密度大、体积小。
液氧具有高化学活性和高氧化性，可以与多种燃料剂发生反应，产生高温高压的燃烧气体，提供强大的推力。
液氧燃烧后会产生大量的氧化产物，需要合理处理。
1.2 煤油（RP-1）煤油是长征火箭常用的燃料之一，其燃烧特性稳定，具有较高的燃烧热值和比冲。
煤油在室温下为液态，易于储存和供给。
然而，煤油会产生大量的污染物，对环境有较大影响，需要进行合理的废气处理。
二、固体燃料固体燃料是长征火箭的另一种常用燃料，具有稳定性好、储存方便等特点，适合于多级分离的空间发射任务。
以下是长征火箭主要使用的固体燃料：2.1 固体氧化剂（AP）固体氧化剂主要指过氧化铵（Ammonium Perchlorate，简称AP），它是固体火箭发动机中最常用的氧化剂。
AP具有高氧化性和燃烧性，可以与多种有机燃料反应，产生大量的气体，提供推力。
AP的燃烧产物主要为氯化铵和各种气体，对环境影响较小。
2.2 活性炭活性炭是长征火箭固体燃料中的一种重要组成部分，主要作为燃料的结构材料。
活性炭具有高比表面积和吸附性能，可以提高燃料的燃烧效率。
同时，活性炭在燃烧后也会产生大量的气体，提供额外的推力。
三、混合燃料混合燃料是将液体燃料和固体燃料结合起来使用的一种燃料形式，可以发挥液体燃料和固体燃料的优点。
以下是长征火箭主要使用的混合燃料：3.1 N2O4/UDMHN2O4/UDMH是长征火箭常用的混合燃料，它由四氧化二氮（N2O4）和联氨（UDMH）按一定比例混合而成。
液体燃料雾化与燃烧概述
液体燃料的燃烧特点概述
一、液体燃料的燃烧过程
燃油槽车 / 油管工厂油罐过滤油泵烧嘴炉膛或燃烧室 ————— 供油系统 ———————— —燃烧装置——
燃油的燃烧过程：沸点低于燃点、受热后先蒸发、汽化、然后燃烧 油的雾化油滴蒸发、高温热解与裂解与空气混合着火燃烧 油的蒸发：提供反应需要的可燃物质 油的燃烧：提供油蒸发所需要的热量 蒸发与混合的速度——燃烧速度 当燃油、空气等条件一定时，控制油的燃烧过程主要控制雾化和混合 过程。
油滴的平均直径小、分布好、有利于蒸发、也有利于形成良好的浓度 场
思考1：
液体燃料的雾化燃烧的具体过程？
液体燃料的物理与化学变化过程
液体燃料喷射
液体燃料破碎
连续大体积液体
火焰
液体燃料蒸发 液滴
气态燃料化学反应
燃油液滴燃烧过程
气体团
思考2：
液体燃料燃烧的主要影响因素？
液态燃油的雾化 液态燃油的蒸发 气态燃油与氧化剂的混合 燃烧过程的化学反应动力学
油机、燃气轮机等) 。 重油和渣油是石油炼制过程中的 残余物，粘度大、杂质多，常温
为固态，先预热，雾化难，
油雾边缘易混合中心难混合通过喷 嘴使油雾化，油的颗粒不均匀， 从几 到500 。大颗粒容易产 生大的烟粒与焦粒。油颗粒燃烬时
间与颗粒直径平方成正比。
雾化装置复杂，用于工业窑炉和锅炉等固定式燃烧设备
讨论点4：关于液雾燃烧模型建立的推演建立过程及当 前存在的不足分析与改进思路。
6. 关于作业与课题讨论内容的思考
算例练习：
表面波失稳案例测试：1）理论解析解的特征分析；2）数 值解对解析解的近似求解；
基于CFD的液雾燃烧算例计算测试与讨论。
液相燃烧法实验原理scs
。
06
液相燃烧法实验案例 研究
安全措施
确保实验环境的安全，如 通风橱、灭火器等，并穿 戴适当的防护装备。
实验参数
根据实验需求，设定合适 的燃料油种类、浓度、温 度等参数。
实验操作步骤
燃料油配制
根据实验参数，将燃料 油与适量的水混合，搅
拌均匀。
燃烧器点燃
将燃料油倒入燃烧器中 ，点燃燃烧器，观察火
焰情况。
温度测量
使用温度计测量燃烧过 程中的温度变化，记录
燃烧产物
燃烧反应会产生热量和光，同时产 生燃烧产物，如二氧化碳和水蒸气 。
液相燃烧的物理原理
01
02
03
液体燃料
液相燃烧是指液体燃料在 液态下的燃烧过程。
燃料蒸发
在燃烧过程中，液体燃料 首先需要蒸发成气体，以 便与氧气混合。
火焰传播速度
液相燃烧的火焰传播速度 较慢，需要较长的燃烧时 间。
液相燃烧的数学模型
了能源利用效率和环保性能。
未来趋势
未来，液相燃烧法的发展将更加 注重智能化、高效化和低碳化， 通过先进的控制技术和环保措施 ，实现能源的可持续发展和环境
保护。
02
液相燃烧法实验原理
燃烧反应的化学原理
燃烧反应
燃烧是一种放热、发光的化学反 应，通常涉及到可燃物与氧气之
间的反应。
燃烧三要素
燃烧需要可燃物、助燃物（通常是 氧气）和足够的高温来引发反应。
液氮火箭原理
液氮火箭原理液氮火箭原理液氮火箭是一种利用液态氮作为推进剂的火箭，其原理基于热力学和动力学定律。
本文将从液氮的性质、燃烧过程、推进系统等方面详细介绍液氮火箭的原理。
一、液氮的性质液态氮是一种无色、无味、无毒的物质，具有极低的沸点和凝固点。
在标准大气压下，其沸点为-195.79℃，凝固点为-210℃。
由于其低温性质，液态氮可以被用作冷却剂，在医疗和科学实验中广泛应用。
二、燃烧过程1. 燃料与氧化剂在液态火箭中，燃料和氧化剂都以液态形式储存。
对于液氮火箭而言，其燃料即为液态氮本身。
而作为一种惰性气体，液态氮需要与其他物质混合才能发生反应。
因此，在液态火箭中，通常会将少量的甲烷或乙烷加入到液态氮中，作为燃料。
氧化剂则是指一种能够与燃料发生反应的物质。
在液态火箭中，常用的氧化剂有液态氧、液态氢和四氧化二氮等。
对于液态氮火箭而言，其氧化剂即为液态氧。
2. 燃烧过程当燃料和氧化剂混合后，需要通过点火将其点燃。
在点火后，燃料和氧化剂会发生反应，释放出大量的能量。
这些能量将会转化为高温和高压的燃气，从而产生推力。
对于液态火箭而言，其推力大小取决于反应产生的燃气速度和质量流量。
而推进系统则需要将这些高速高压的燃气引导到喷嘴中，并加以控制和调节，以实现所需的推力方向和大小。
三、推进系统1. 喷嘴喷嘴是液体火箭推进系统中最重要的部分之一。
它通过将高温高压的燃气加速喷射出去来产生推力。
根据喷嘴形式不同，可以分为扩张式喷嘴和收缩式喷嘴两种。
扩张式喷嘴是一种将高速气流扩张到大气压力水平的喷嘴。
其内部通道呈逐渐扩大的锥形结构，可以将高速气流加速至超音速。
而收缩式喷嘴则是一种将高速气流从大气压力水平加速到超音速的喷嘴。
其内部通道呈逐渐收缩的锥形结构，可以提高燃气的出口速度和推力。
2. 燃料泵和液氧泵在液态火箭中，燃料和氧化剂都需要通过泵送进入燃烧室中。
因此，液态火箭推进系统中必须配备相应的燃料泵和液氧泵。
燃料泵主要负责将液态燃料从油箱中抽取并送入燃烧室中。
高等燃烧学液体燃料的燃烧
dR d(di )
nd
n i
1
dn
exp
di d
n
P ( psi )
第四节 燃油喷嘴的雾化特性 三、油珠群几种典型分布
Nukiyama-Tanasawa:
dN
d(di )
ad
2 i
exp
bdin
a、b为常数
正态分布： dR exp 2 y 2 dy
y ln(di / SMD) 为常数
火箭发动机 冲压发动机
第六节 油雾燃烧 油雾燃烧模型
部分预蒸发型气体燃烧加液滴蒸发 部分小油珠已经蒸发完毕，另一部分液滴进入火焰区时其 直径已过小而着不了火，只能蒸发，因此没有滴群扩散火焰， 只有部分预混的气体火焰。
工业炉
第六节 油雾燃烧 滴群扩散燃烧
Probert滴群扩散燃烧模型：
n,
s
s d 2 /Kf
➢ 油雾中的每一个油珠所处的环境（温度与浓度等）随 时间、空间不断变化
➢ 两颗油珠体系：随着滴间距离的减小，燃烧常数先增 加后减小；多油珠体系：中央燃烧常数高，四周低。
1、相邻油珠释放燃烧热使周围温度增高，燃烧过程加速。 2、油珠周围的氧浓度降低，引起燃烧过程减缓。
第六节 油雾燃烧
油雾燃烧模型
预蒸发型燃烧 滴群扩散燃烧 复合燃烧 气相燃烧加液滴蒸发
第六节 油雾燃烧 油雾燃烧模型
预蒸发型燃烧 雾化液滴很细，周围介质温度高或喷嘴与火焰稳定区
间距离长，使液滴进入火焰区前已全部蒸发完，燃烧完全 在无蒸发的气相区中进行，这种燃烧情况与气体燃料的燃 烧机理相同，液滴蒸发对火焰长度的影响不大。
加力燃烧室
第六节 油雾燃烧 油雾燃烧模型
滴群扩散燃烧 周围介质温度低或雾化颗粒较粗（或蒸发性能差），
燃烧与爆炸理论第五章 可燃液体的燃烧与爆炸
下限
3.3 1.5 0.8 1.7 1.4
上限
18.0 7.0 62.0 7.2 7.5 酒精 甲苯 松节油 车用汽油 灯用煤油
上限
+11 +5.5 +33.5 -38 +40
下限
+40 +31 +53 -8 +86
1.85
1.5
40
9.5
乙醚
苯
-45
-14
+13
+19
25
举例分析（设室温为0～28℃）：
27
（3）煤油： t下＝＋40℃， t上＝＋86℃，与室温 关系为： t下（+40℃） t上（+86℃）
煤油在 室温范围 内，其蒸气浓度没有达到爆炸 下限，煤油蒸气是不会爆炸的。
0 28 t℃
（4）汽油： t下＝－38℃， t上＝－8℃，与室温关 系为： t下（-38℃） t上（-8℃）
汽油在 室温范围 内，其饱和蒸气浓度已经超 过爆炸上限，它与空气的混和气体遇火源不会 发生爆炸 。
分子间力又称范德华力，分子间力中最重要的就是色散力（色 散力是由于分子运动中，电子云和原子核发生瞬时相对运动，产生 瞬时偶极而出现的分子间的吸引力）。
相对分子质量越大，分子就越易变形，色散力就越大， 蒸发就越困难，蒸气压越低。 温度越高，液体中能量大的分子束就越多，能克服液 体表面引力跑到空间的分子就越多，蒸气压就越高， 反之，蒸气压就越低。
蒸发热：在一定的温度和压力下，单位质量的液体完全蒸发所 吸收的热量。
液体蒸发吸热的原因
主要为了增加液体分子的动能以克服分子间引力而逃逸出液面， 因此，分子间力大的液体，其蒸发热也越高； 此外，蒸发热还用于气化时蒸气体积膨胀对外所做的功。
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。
采矿专业燃烧学—第5章1
中国矿业大学能源学院安全与消防工程系
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
中国矿业大学能源学院安全与消防工程系
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。
中国矿业大学能源学院安全与消防工程系
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
中国矿业大学能源学院安全与消防工程系
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
液体燃烧
二、其它液体燃料
2.其他合成液体燃料
• 合成液体燃料是由煤、油页岩、油砂、天然气等
经过一系列不同的加工方法得到的一类液体燃料。 合成液体燃料的生产过程较复杂，生产费用较高， 而原油(天然石油)的开采和加工费用较低，故各 种液体燃料大都来源于天然石油。随着天然石油 资源的逐渐减少，合成液体燃料作为一种替代或 补充能源将有其发展前景。
前推进力、气体的阻力和液滴本身的重力所组成。一般因液滴质量较小，重力往往可 略去不计；二是内力，有内摩擦力(宏观的表现是粘度)和表面张力，这两种力都将液滴 维持原状。当液滴直径较大且飞行较快时，外力大于内力，液滴发生变形。因外力沿 液滴周围分布是不均匀的，故变形首先从液滴被压扁开始，这样液滴就有可能被分离 成小液，如分裂出来的小液滴所受到的力仍然是外力大于内力，则还可继续分裂下去。 随着分裂过程的进行，液滴直径不断减小，质量和表面积也就不断减少，这就意味着 外力不断减小而内力(表面张力)不断增加。最后内外力达到平衡时雾化过程就停止了。
油的凝固点对油在低温下的流动性能有影响。 在低温下输送凝固点高的油时，应给予加热或采 取必要的防冻措施。
一. 油类燃料特性
• (2)沸点 ：燃料油也没有一个恒定的沸点，而只有
一个温度范围，它的沸腾从某一温度开始，随着 温度升高而连续变化。实际上石油蒸馏时，就是 收集不同沸点的馏出物。
• (3)比重： t℃时油的重度和4℃时纯水的重度之比
一. 油类燃料特性
• (10)燃点 ： 当燃料气体一旦被点火火焰点着，火
焰就能连续不断维持下去的温度称为液体燃料的 着火点或燃点(通常连续燃烧的时间≮5s)。例如某 种原油的闪点为39℃，其燃点为54℃；某种重油 的闪点为222℃，其燃点为282℃。着火以后表面 蒸发和气相燃烧相互支持而继续，液体表面从火 焰表面接受热量，反过来又提供更多的蒸汽去燃 烧，至稳定状态时，蒸发速度即等于燃烧速度。 此时，液体表面温度高于闪点，接近但稍低于沸 点。
燃烧学(8)
雾化细度的选择
雾化细度越好，雾化质量越好 雾化细度并非越小越好
易被气流带走 造成局部燃料浓度过高或过小，造成燃烧不稳
32
雾化均匀度
衡量雾化后液滴之间的尺寸差异 雾化均匀度指标：均匀性指数n
罗森-兰姆分布：Yd=exp[-(d/dm)n] dm：对应d/dm=1 机械雾化器：n=1~4 求导以后得到粒度分布
24
流量系数和雾化角
机械雾化器
简单离心式
在通常压力下具有较好的雾化质量 能耗低，运行经济性好 结构简单，制造、安装、维护保养方便 自动控制简单 负荷降低时雾化质量恶化：油压降低 负荷调节范围小：
可调离心式
25
简单离心式喷嘴流量计算
1944年阿勃拉莫维奇对离心喷嘴的流量 系数和雾化角计算进行了求解
57
滴状燃烧：
油雾燃烧
实验发现，油雾燃烧过程中，油滴燃尽仍旧 服从直径平方-直线规律，但燃烧速度常数约 增加40% 其他研究发现，燃烧速度常数与压力有关
d02-d2=-f(p)Kcτ f(p)<1
油雾燃烧速度与滴群蒸发速度求解相似，但 需将蒸发速度常数改成燃烧速度常数
58
油雾燃烧中速度常数的增加
d0 2 K
44
实际应用中液滴蒸发时间修正
实际应用中，液滴与环境气流之间存在 相对速度，蒸发速度将加快，需要对蒸 发时间进行修正 蒸发常数：
K1’=K1(1+a1ScsRen) Sc：ν/D a1=0.3;s=1/3;n=1/2
火箭动力学中的燃烧过程
火箭动力学中的燃烧过程燃烧过程是火箭动力学中至关重要的一环，它是火箭推进系统实现推力的基本机理。
在火箭的工作原理中，燃烧过程可以说是钟表的心脏，是能量转化和推力生成的关键环节。
一、燃料的选择和特性在火箭推进系统中，燃料是指燃烧过程中提供能量的物质。
燃料的选择根据其化学性质和特性进行，常见的燃料包括液体燃料和固体燃料。
在选择燃料时，需要考虑其能量密度、可储存性、推力特性等因素。
液体燃料通常由燃料和氧化剂组成，燃料和氧化剂通过燃烧反应产生高温和高压气体，从而产生推力。
液体燃料的主要特点是能量密度高，燃烧过程可以调节，具有较高的推力控制性能。
然而，液体燃料需要使用专门的燃烧室和供应系统，并具有较高的复杂性和成本。
固体燃料是将燃料和氧化剂混合形成固体的火药颗粒，通过将固体燃料点燃，释放出大量的燃烧产物，产生推力。
固体燃料的优点是结构简单，具有较高的可靠性和低成本。
然而，固体燃料的燃烧过程无法中断或调节，推力控制性能较差。
二、燃烧过程的基本原理燃烧过程是指燃料在适当条件下与氧化剂发生化学反应，从而产生高温和高压气体的过程。
根据燃烧方式的不同，燃烧过程可以分为表面燃烧和体积燃烧。
表面燃烧指的是燃烧反应在燃烧剂表面进行的过程。
在表面燃烧过程中，燃烧剂和氧化剂相互接触，发生氧化还原反应，释放出燃烧产物和大量热能。
体积燃烧指的是燃烧反应在燃烧剂内部进行的过程。
在体积燃烧过程中，燃烧剂和氧化剂混合形成可燃混合物，在受到点火源的激发下，发生快速氧化反应，产生大量的热能和燃烧产物。
三、燃烧过程中的能量转化燃烧过程是一种能量转化的过程。
当燃料和氧化剂发生化学反应时，化学能被转化为热能和机械能。
其中，热能主要以高温气体的形式释放出来。
高温气体通过喷射出来，并在喷管的反作用力下产生推力。
机械能则是通过将燃烧产物加速喷射而产生的。
在火箭推进系统中，喷管起到了至关重要的作用。
喷管的结构和形状会对喷射流动产生影响，从而影响推力的大小和特性。
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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。
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
20
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
21
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。
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
12
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
qr……m3 (m2 s)
15
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：
16
雾化原理
• 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”。
• 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。
4
• 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
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
14
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。
17
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。
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）
13
6.2.1 雾化评价指标
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
11
• 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
（体面积平均直径）
9
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）
10
• 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
19
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。
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
2
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。
3
包含：雾化、受热蒸发、扩散混合、着火燃烧
18
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。