燃烧理论分析及相应计算
1.燃气燃烧计算
•工程计算中有湿燃气与干燃气之分。 •由于天然气中含有一定水蒸气成分，所谓1m3湿燃气 湿燃气是指 燃气的总体积为1m3，其中包含水蒸气所占体积（实际的 燃气成分小于1m3）。 •1m3干燃气 干燃气则是指燃气成分的体积是1m3，而与其共存的 还有若干水蒸气，因此1m3干燃气的实际体积是大于1 m3 1m 1 的。由于以干燃气为计量基准不会受到燃气含湿量变化的 影响，因此1m3干燃气的概念被广泛应用。 •1m3干燃气暗含了另含相应含湿量的意义，如非特殊说明， 以后皆简称1m3燃气。
当有过剩空气时， 烟气中除上述组分外还含有过剩空气， 这时的烟气量称为实际烟气量。 如果燃烧不完全， 则除上述组分外， 烟气中还将出现 CO、 CH4、H2 等可燃组分。 根据燃烧反应方程式可以计算出燃气中各可燃组分单独 燃烧后产生的理论烟气量。
1.4.1 理论烟气量（ α = 1 时） （1）三原子气体体积
H l + I g + I a = I f + Q2 + Q3 + Q4
式中
H l —燃气的低热值（kJ/m
3
（1-13）
干燃气） ； 3 I g —燃气的物理热（kJ/m 干燃气） ； 3 （kJ/m3 I a —1m 干燃气完全燃烧时由空气带入的物理热 干燃气） ； 3 3 I f —1m 干燃气完全燃烧后所产生的烟气的焓（kJ/m 干燃气） 。
• 水蒸气的气化潜热很大 （100℃的气化潜热为2257kJ/kg；20℃的气化潜热为2454 kJ/kg）
在工业与民用燃气应用设备中，烟气中的水蒸气通常是 以气体状态排出的，因此实际工程中经常用到的是燃气 的低热值。有时为了进一步利用烟气中的热量，把烟气 冷却至其露点温度以下使水蒸气冷凝液化，只有这时才 用到燃气的高热值。 实际使用的燃气是含有多种组分的混合气体。混合气体 的热值一般根据混合法则由各单一气体的热值计算得出
燃料及燃烧2 燃烧计算及燃烧理论
Va0 VO0 2
100 8.9Car 26.7 H ar 3.3( Sar Oar )(Nm3 / kg) 21
洛阳理工学院
材料工程基础
②气体燃料
院系：材料科学与工程系
教师：罗伟
可燃组成有CO2、 CO、H2、CH4、CmHn、H2S、H2O、N2、O2(体积百 分含量）
0 百分含量，VO 和 VO0分别为生成RO2和H2O的需氧量（ /m3） 2 2
0 0 (VO2 RO2 VO2 H 2 O ) O2
V
0 O2
RO2 V H 2 O
0 O2
令k
0 0 VO2 RO2 VO2 H 2O
RO2
K：单位燃料燃烧时的理论需氧量 与该烟气中RO2百分含量的比值。 组成变动不大的同种燃料的k值近 似为常数。列于表。
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材料工程基础
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教师：罗伟
第三节
燃烧计算
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材料工程基础
院系：材料科学与工程系
教师：罗伟
在设计窑炉时（设计计算） 1、已知燃料的组成及燃烧条件， 2、需计算单位质量（或体积）燃料燃烧所需的空气量、烟气 生成量、烟气组成及燃烧温度 3、以确定空气管道、烟道、烟囱及燃烧室的尺寸，选择风机 型号。
CO2=
VCO2 0 V
0
×100（%）
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材料工程基础
② 气体燃料
院系：材料科学与工程系
教师：罗伟
可燃组成有CO2、CO、H2、CH4、CmHn、H2S、H2O、N2、O2(体积百 分含量）
CO + 1/2O2 → CO2 CO2 H2 + 1/2O2 → H2O CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O CmHn +(m+n/4)O2→ m CO2 + n/2 H2O 1Nm3 H2生成 1 Nm3 HO2 …… ...... 1Nm3 CO 生成 1 Nm3
理论燃烧温度计算
1718 m3 35.65% 2.89% 61.46% 3E+06 510846 2E+06 332856 3060.5 KJ KJ KJ KJ KJ／m3
t理论＝W气／Cpt 1.497 2044 · C
H2O物 10
三、煤气炉缸煤气组成：
名称 数量 输煤风量 0.025 C燃＝ COF= CO= H2= N2＝ 空压风 鼓风湿分 风温 温度 2 100.0 1200 307.1 kg 5.2 612.31 49.64 1055. N2%= 四、理论燃烧温度： Q碳＝ Q焦＝ Q风＝ Q吸＝ W气= Cpt= t理论=
7、各种物料单耗：
炉尘 富氧 日产量 富氧率 综合焦比 15 880 1.5 494
二、入炉风量计算：
Vb＝W／0.324*Vu*I*Ck*Cφ 其中： Vu＝ 168 I= 2.78 W= 0.983 Cφ =[22.4*(0.21+η +0.29f)/(（0.79-η )*(1-f)*C焦)]*[N2*(C焦+C料-C尘-C铁)] 0.015 43.384 2.022 Cφ ＝ 0.63 Vb= 743.2 m3／min 874.3 VB＝ 1216.1 m3/t
0.03 0.39
2、喷吹煤成份：
C 75.5 Fe 94.95 名称 H2 1.18 Si 0.5 Fe2O3 S 0.15 P 0.049 MnO2 0 N2 55.9 MnO2 O2 3.02 S 0.028 S 0.66 0.222 CH4 0.8 S 0.012 炉渣 340 FeO 灰份 H2O物 CaO MgO 0.15 0.9
1.13 0.55 C 3.9 C 38 O2 0.6 合计 100
3、生铁成份：
燃烧计算和热平衡
完全燃烧时的实际烟气量
1、完全燃烧时实际烟气的组成成分为： CO2、SO2、N2、O2、H2O，
不完全燃烧时的烟气量
• 当发生不完全燃烧时，烟气的成分除了CO2、SO2、 N2、O2、H2O外，还有不完全燃烧产物CO以及H2和 CmHn等。其中H和CmHn数量很少，一般工程计算中 可忽略不计。 • 因此，当燃料不完全燃烧时，可以认为烟气中不完 全燃烧产物只有CO。烟气量为：
2.化学不完全燃烧热损失q3 （1）定义：排烟中残留的可燃气体（ CO、H2、 CH4 ）未完全燃烧，残留在烟气中而造成的热 量损失。（煤粉炉：<0.5%）
（2）主要影响因素： 燃料性质：挥发分多，易出现不完全燃烧 助燃空气量 炉膛结构：炉膛容积小，烟气流程短，q3 运行工况
3.机械不完全燃烧热损失q4 （1）定义：飞灰和灰渣中含有固体可燃物（固定碳） 在锅炉内未完全燃烧就排放出炉内而造成的热量损 失。（固态排渣煤粉炉：0.5～5%） 灰渣：含量少，只占0.5～1% 飞灰：占绝大部分 （2）主要影响因素： 燃料性质：挥发分多，灰分少，煤粉细， q4 助燃空气量：空气量，q4 炉膛结构：炉膛容积大，煤粉停留时间长，q4 运行工况，锅炉负荷
4.散热损失q5 （1）定义：因锅炉外表面（锅炉炉墙、汽包、集箱、 汽水管道、烟风管道等部件）温度高于环境温度而 散失的热量。（<0.5%） （2）主要影响因素： 锅炉外表面积 锅炉保温性能 锅炉容量 锅炉负荷
5.其它热损失q6 （1）定义：因排出炉外的灰渣温度（600～800℃） 高于环境温度而造成的热量损失。 （2）主要影响因素： 排渣方式：液体排渣大于固态排渣 燃料的灰分含量：灰分高， q6 燃料的发热量：发热量低， q6
烟气分析
火焰燃烧学的理论及实验研究
火焰燃烧学的理论及实验研究火焰燃烧学是研究燃烧现象和相关物理化学机理的学科，它对于人类的生产和生活至关重要。
在很多领域中，如能源开发、化学加工、火灾防控等，都需要对火焰燃烧学有深入的了解。
因此，火焰燃烧学的理论研究和实验研究都具有重要意义。
一、火焰燃烧学的基本理论火焰燃烧学最基本的理论是燃烧三要素：燃料、氧气和点火源。
只有这三要素同时齐备，才能实现可燃物质的燃烧。
除此之外，温度和压力也对燃烧过程有重要作用。
例如，燃料的温度越高，点火源越强，燃烧过程就越容易发生；而在高压环境中，燃烧速度也会显著提高。
另一个基本理论是火焰传播机制。
火焰是一种复杂的化学反应，它是由一系列连续的化学反应组成的。
当火焰开始燃烧时，它会向周围传播，同时产生大量的热和光。
火焰传播速度受多种因素影响，如燃料种类、浓度、形态、氧气浓度等。
同时，氧气是火焰传播的关键因素，因为它是维持燃烧反应的必要物质。
火焰燃烧学还研究了反应动力学和反应过程的热力学特性。
反应动力学研究焰前化学反应的速率和机理，不仅可以预测火焰传播速度和火焰形态，还可以为实际应用提供指导。
反应过程的热力学特性包括反应热、生成物温度、比容、比热等，这些参数对于火焰燃烧的能量转换和溢出有重要影响。
二、火焰燃烧学的实验研究在火焰燃烧学的实验研究中，最重要的是建立适合的实验模型和测试方法。
为此，每个实验应该有明确的目的和设计方案，并且能够记录和分析数据。
根据实验的不同目的和方法，可以划分为以下几种类型。
1. 基础实验：探究火焰的基本特性，如火焰传播速度、热释放速率、燃料浓度、形态和燃料组成对燃烧性能的影响等。
该实验经常采用闭式压力容器，通过变化燃烧条件来模拟火灾现场，同时记录关键参数变化。
2. 热解实验：研究物质在不同温度和热流密度下的分解特性和气相产物的形成机制。
这种实验通常通过热解装置进行，利用不同的升温和降温速率模拟物质在火焰中的分解过程。
3. 火场实验：研究火灾场景中的火焰燃烧现象，如烟气产生、热量释放等。
防火防爆理论与技术-燃烧温度的计算分析
式中Vyq 为α=1时完全燃烧的产物体积烟气生 成量有所减少，不完全燃烧程度越严重， 烟气量减少越厉害
30
（2）存在自由氧（氧气供应不足，且 燃料与空气混合不好而造成的不完全燃烧）
B V yq V yq 1.88VCO 1.88VH 2 9.52VCH4 4.76VO2
Q p n C p dT
T1 T2
QV n CV dT
T1
33
T2
Cp大于Cv，对于理想气体： Cp－Cv＝R； 对于液体和固体： Cp＝Cv。 热容比：气体的恒压热容和恒容热容之 比，用K表示，空气的热容比为1.4。 恒压热容是温度的函数，它与温度之间 的函数关系通常采用下式表示：
5
2.1 燃烧的本质和条件
助燃物 氧化剂：如氧气，氯气，浓硫酸，过氧化钠 特例：炸药（氧平衡）
6
2.1 燃烧的本质和条件
点火源 引燃物质燃烧的点燃能源 种类有： 火焰：直接点燃，热辐射 高温物体：如电熨斗、火星 电火花：电气火花，静电火花 机械能：撞击、摩擦、气体压缩 光能 化学能
燃烧必要条件
1 1 4.76 6.8 57 56.1 102 4.188m 3 2 2
17
实际空气需要量通常大于与理论空气需要量 V ,air V0,air α——过量空气系数 α＝ 1 时， 燃料与空气量比称为化学当（计） 量比 α<1 时，实际供给的空气量少于理论空气量。 燃烧不完全 α>1 时，实际空气量多于理论空气量，才能 保证完全燃烧
V0,O2 1 3 m 1 4.76 CO H 2 H 2 S (n )C n H m O2 102 0.21 2 2 4 2
汽、柴油燃烧理论空燃比
汽、柴油燃烧理论空燃比一、燃烧方程式燃料燃烧是个化学反应过程，各种反应物的比例及耗量，可以从化学反应方程式，根据物质不灭定律推出。
从基础有机化学可知，烃类燃烧的化学反应方程式通式为：CxHy+(x+y/4) O2= xCO2+y/2H2O （1）其中：y=2*x+21、汽油对于汽油（主要是辛烷C8H18）来说就是下面的化学反应方程式：2C8H18+25O2‐‐‐‐‐>16CO2+18H2O （2）从这些方程式，根据物质不灭定律，可以核算汽油燃烧所需的氧气（O2）质量量），然后根据氧气在空气中的含量，来推出燃烧所需空气质量（重量）。
从而可以得出理论完全燃烧的空燃比，这个才是空燃比的理论来源。
为了对比分析，分别列出其他烃类燃料燃烧的化学反应方程式，如：天然气（CH4）、石油液化气（C4H10）、柴油（C15H32）。
2、天然气CH4+2O2‐‐‐‐‐>CO2+2H2O （3）3、石油液化气2C4H10+13O2‐‐‐‐‐>8CO2+10H2O （4）4、柴油C15H32+23O2‐‐‐‐‐>15CO2+16H2O （5）二、空气中氧含量化学反应方程式中的物质含量核算需要按质量核算，而我们通常已知的是空气中氧气的体积百分比，我们需要把体积百分比转换为质量百分比。
空气按体积的组成是，约21%的氧气，78%的氮气和1%的其他气体。
为了计算方便，把其他气体并入氮气来核算。
这样，可按21%的氧气，79%的氮气来计算空气需求量。
从氮气N2 的分子量为28，氧气O2 的分子量32，且每克分子的气体（32 克氧气或者28 克氮气）在常压下体积为22.4升。
下面我们以1 升体积的常压下的空气来核算氧气的质量百分比：1 升空气中氧气的重量为：（0.21×1/22.4）×32=0.3克；1 升空气中氮气的重量为：（0.79×1/22.4）×28=0.9875克；那么氧气在空气中的质量百分比Ob 为：Ob=0.3/（0.3+0.9875）×100=23.3%，即是按质量（或者通常概念的重量）计算，空气中氧气的质量含量百分比。
燃烧理论分析火灾事故
燃烧理论分析火灾事故引言火灾事故是一种常见的安全事件，不仅给人们的生命和财产造成严重损失，也会给社会带来不良的影响。
因此，对火灾事故的燃烧机理和规律进行深入的研究和分析，对于预防和控制火灾事故具有重要的意义。
本篇论文将对燃烧理论进行分析，并结合实际的火灾事故案例进行深入探讨，旨在为火灾预防和控制提供理论依据和指导。
一、燃烧理论概述燃烧是一种氧化反应，是燃料在氧气的存在下发生的一种放热反应。
燃烧的基本过程包括燃烧开始、火焰的产生和火焰的传播三个阶段。
燃烧开始是指燃料达到燃点后，与氧气发生氧化还原反应，释放大量的热能，产生火焰和光线。
火焰的产生是通过火焰核的形成，当气体混合物与空气达到一定温度后，发生自燃并形成初期点火。
火焰的传播是指初期点火衍生出的火焰在燃烧物表面快速传播，形成火灾。
燃烧的条件包括燃料、氧气和点火源。
燃料是指在燃烧反应中发生氧化还原反应的物质，常见的燃烧物包括木材、纸张、油脂等。
氧气是燃烧反应中的氧化剂，是燃料和空气之间的氧化还原反应的必要条件。
点火源是指引发燃烧的初始能量，常见的点火源包括明火、电火花、高温表面等。
燃烧反应的平衡方程式可以表示为：CmHn + (m + n/4) O2 → mCO2 + n/2 H2O其中，CmHn表示燃料，O2表示氧气，CO2表示二氧化碳，H2O表示水。
二、火灾事故的燃烧机理与规律1. 火灾事故的起火原因火灾事故的起火原因主要包括电气设备故障、火灾隐患未消除、违规用火、非法操作等因素。
电气设备故障是导致火灾的主要原因之一，当电气设备出现故障时，可能引发电火花，导致燃烧物起火。
火灾隐患未消除是指企业或居民未及时排查和清除可能引发火灾的隐患，如电线老化、易燃物品存放等。
违规用火和非法操作是指在禁止使用明火或违反操作规程的情况下，使用明火或进行不安全的操作。
2. 火灾事故的燃烧过程火灾事故的燃烧过程包括火灾蔓延、火势发展和火场扑救三个阶段。
火灾蔓延是指火灾初期的火焰将燃烧的热能传导给周围的燃烧物，使其温度升高并燃烧，形成火灾蔓延。
燃烧理论RSYL3燃烧过程的热工计算
燃烧产物成分百分比
CO2 (VCO2 / V p ) 100 SO2 (VSO2 / V p ) 100 H 2O (VH 2O / V p ) 100 N 2 (VN 2 / V p ) 100 O2 (VO2 / V p ) 100
kg air / kg fuel
完全燃烧每千克燃料需要的空气体积应为：
V0 1 1.866C y % 5.55H y % 0.7 S y % 0.7O y % 0.21
Nm3 air / kg fuel
注意：以上理论空气量计算式中都为不含 水蒸气的干空气量。实际计算时应加入水 蒸气的量。空气中水蒸气的多少会因季节 天气不同而改变。
液体燃料或固体燃料理论空气量的计算：
每千克燃料中的该可燃元素完全燃烧 时需要的氧质量或体积为：
C % 32 kg 12
y
燃料中可燃元素的 燃烧反应：
C O2 CO2 12 32 44
Cy% 22.4 Nm3 12
2 H 2 O2 2 H 2O 4 32 36
H % 32 kg 4
1 H 2 O2 H 2O 2 2 16 18
H % 18 kg 2
y
H y% 22.4 Nm3 2
S O2 SO2 32 32 64
S y% 64 kg 32
S y% 22.4 Nm3 32
固体与液体燃料的产物生成量
=1时燃烧产物量：
0 0 V p0 VRO2 VN 2 VH 2O
2
2
2
2
2
2
CH4、C、CmHn
燃气供应工程 第9章 燃气燃烧基本理论
tth 是燃气燃烧过程控制的一个重要指标，它表明某种 燃气在一定条件下燃烧，其烟气所能达到的最高温度。
4、实际燃烧温度tact：
实际燃烧温度与理论燃烧温度的差值随工艺过程 和炉窑结构的不同而不同，很难精确计算出来。经验 公式为：
tact tth
μ—高温系数。对一般工业炉窑可取0.65～0.85，无焰 燃烧器的火道可取0.9。
干空气中N 2与O2 的容积比为：
yN2 : yO2 79: 21 3.76
燃气燃烧所需的理论空气量为： 1 n V0 0.5H 2 0.5CO (m )Cm H n 1.5H 2 S O2 0.21 4
一般情况下，燃气的热值越高，燃烧所需的理论 空气量越多，还可用以下近似公式进行估算： 对于天然气和LPG：
三、燃气燃烧的火焰传播
（一）火焰的传播方式：
正常的火焰传播 爆炸 爆燃
燃气在工业与民用燃烧设备中的燃烧过程都属于 正常的火焰传播过程,在工业中常见的是紊流状态下 的火焰传播。
（二）火焰传播速度Sn：
当管径大到一定程度时，管壁散热对火焰传播速 度的影响消失，这时火焰传播速度走近于一最大值， 该最大值称为法向火焰传播速度Sn。
二、燃气热值的确定：
1、定义：1 m 3燃气完全燃烧后所放出的全部热量。 2、燃气热值的计算： ①直接用实验方法测定；
②用各单一气体的热值根据混合法则计算。
H H1 y1 H 2 y2 H n yn
三、燃烧所需空气量：
（一）理论空气需要量：
3 按燃烧反应计量方程式，1 m（或 1kg）燃气完全 燃烧所需的空气量，是实现燃气完全燃烧所需要的最 小空气量。单位为： m3 / m3干燃气或 m3 / kg
燃烧基本理论
总旳燃烧速度常数K
K=1/（1/Ks+1/Kd）
焦旳化学反应速度常数Ks一般以为满足Arrhenius公 式：
Ks=Aexp(-E/RTs) 气流旳扩散速度可由下式拟定[55]
Kd=2.3ФD/（d RTa）
其中，Ф为化学当量系数，与反应机理有关，在
C+O2→2CO时，Ф=2，在C+O2→CO2时Ф=1
。
一般，对于>100μm旳大 颗粒，且挥发分含量较多 旳煤，在慢速加热旳条件 下（<100℃/s），煤中旳 挥发分有可能在颗粒周围 到达着火条件而首先发生 均相着火。对于较小煤粒 及迅速加热条件下，则可 能是煤表面首先着火，这 就是非均相着火。
1）非均相着火
经典理论是热爆炸理论（Thermal Explosion Theory）即TET理论。
其他影响原因
燃烧速度不但与边界层扩散有关，而且与氧在孔 内旳扩散有关。
孔内扩散系数与焦旳孔隙构造亲密有关。 煤中矿物构成及含量对煤焦燃烧反应也具有影响。
灰分对燃尽影响比较复杂，灰分旳增大，一方面 会阻碍氧在煤焦内部旳扩散，另一方面，增长旳 灰分中旳空隙又会提升氧在煤焦内部旳扩散截面 积。
4．煤旳结渣性研究
纯碳与氧反应旳表观频率因子 Ko,c仅是碳粒温度与直径旳函数，而煤焦反 应旳频率因子 Ko,ch K ocf (s) , 表达煤焦比表面积f（s）影响 煤焦反应速率旳某一函数，显然f（s）是 个物理原因，它旳大小与煤质有关，所以煤焦反应旳频率因子与煤质有 关。
4．试验室研究情况
试验措施
直接观察 失重分析 分别统计煤粉、挥发分及煤焦旳失重曲线，对比三条失
1989年，Ｗ.Print[18]等人对煤粒在二维流化床中旳着火及 热解作了系统性旳试验研究。成果表白，在较高旳温度 下（>８００℃）确实是挥发分先析出并着火，在低温 下（<４５０℃）则是整个煤粒或煤粒表面某处着火。
第2章 燃烧参数计算
一、燃烧产物
1.定义:由于燃烧而生成的气、 1.定义:由于燃烧而生成的气、液和固体物质 定义 2.完全燃烧产物 2.完全燃烧产物 3.不完全燃烧产物 3.不完全燃烧产物 4.氮氧化物 4.氮氧化物 5.烟:由燃烧或热解作用所产生的悬浮于大气中能被人看到的 5.烟 产物. 产物. 碳氢 化合物
裂解
脱氢
V 0 .O 2 ( H ) =
H % × 22 . 4 4
V 0 .O 2 ( S ) =
V 0 .O 2
S% × 22 . 4 32 C% H% S% O% = × 22 . 4 + × 22 . 4 + × 22 . 4 − × 22 . 4 12 4 32 32 C% H % S% O% = （ + + − ） 22 . 4 × 12 4 32 32 =（ C % H % S % O % 22 . 4 + + − ）× 12 4 32 32 0 . 21
V 0 . air C% H % S% O% 22 . 4 = （ + + − ）× 12 4 32 32 0 . 21
V 0 . air
= 17.39( m )
3
43 % 7% 41 % 22 . 4 = （ + − ） × ×4 12 4 32 0 . 21
二、 气体可燃物完全燃烧理论空气需要量 组成： 组成： CO%+H2%+∑CnHm%+H2S%+CO2%+O2%
二、大气中二氧化碳的平衡 光合作用使大气中二氧化碳含量降低 燃烧反应和自然界的氧化反应使二氧化碳含量升高 讨论： 讨论： 全球气温升高的原因？ 全球气温升高的原因？
三、温室效应的危害及对策
燃烧理论分析及相应计算
燃烧机理分析林树军浙江温岭燃烧过程高速摄影1燃料和空气混合气缸混合气残余废气过程湍流火焰燃气混合物燃料空气点火TDC@1430r/min&部分负荷Lamberda=1.30喷油角度为30CRA BTC出现火焰达到离火花塞最远的气缸壁理论温度最高点燃烧阶段划分火焰高速传播期火焰传播火焰扩散期早期火焰传播火焰终止火花点燃2燃烧机理解释内燃机的燃烧过程是湍流燃烧，而湍流燃烧是一种极其复杂的带化学反应的流动现象，湍流与燃烧的相互作用涉及许多因素，流动参数与化学动力学参数之间的耦合的机理极其复杂，用数值模拟方法分析和预测湍流燃烧现象的关键问题是正确模拟平均化学反应率，即燃料的湍流燃烧速率。
3燃烧湍流模型Eddy Break up(涡团破碎模型）Spalding的涡团破碎模型，其基本思想是：对预燃火焰、湍流燃烧区中的已燃气体和未燃气体都是以大小不等并作随机运动的涡团形式存在。
化学反应在这两种涡团的交界面上发生。
化学反应的速率取决于未燃气体涡团在湍动能作用下破碎成更小的涡团的速率，而此破碎速率正比于湍流脉动动能k的耗散率，其基本表达方式如下：该模型是AVL公司fire软件里面计算燃烧的基础计算模型。
4缸内传热模型5内燃机的传热既是与燃烧现象密切耦合的一个子过程，又是整个燃烧循环模拟的一个重要环节。
然而，内燃机的传热问题又被认为热问题中最复杂的一个，这是因为由于内燃机工作过程强烈非定温度变化的高度瞬变性，以致在毫秒量级的时间内，燃烧室表面的热流量从零变化到10MW/m2，同时温度和热流的空变化也非常剧烈。
在1cm 的位置上，热流峰值相差可达5MW/m2。
一般而言，发动机的传热计算包括3个方面：（1）工质与燃烧室热量的交换（包括对流和辐射两种方式）；（2）燃烧室壁内部的热传导；（3）燃烧室外壁与冷却对流和沸腾传热。
对于内燃机燃烧过程来说，主要考虑的第一项，因而对于内燃机传热模型方面主要考虑两个方面：1、工质与壁面之间的对流换热模型，2、是辐射换热模型。
燃气燃烧理论基础燃气燃烧理论基础4064
H =ΣHi ri = H1 r1+ H2 r2+… … +Hn rn 4. 理想气体状态方程
PV = RT
P/ρ = RT
V — 比容（Nm3/kg ） ρ — 密度
R — 通用气体常数，8.31J/（Mol﹒K）
燃气基础知识
燃气基础知识
二、城市燃气的分类
1. 燃烧特性参数
华白数W：与燃烧热负荷有关的参数
第五章 大气式燃烧器
2. 混合管
使得燃气与空气充分混合，速度场、温度场、浓度场均匀分布。 渐缩管有利于速度场均匀分布，不利于温度场、浓度场均匀分布； 渐扩管反之。 混合管取圆柱形，长度 =（1-3）dt
3. 扩压管
截面扩大，混合气速度降低，使气体的部分动压变为静压，提高压 力，混合均匀。扩压管张角6 ～8°。
在燃气-空气混合气中 1. 浓度确定时，仅在一定的温度、压力条件下，才能着火； 2. 在一定的温度（压力）条件下，燃气与空气的比例在一定
的范围内火焰才能传播； 3. 能使火焰持续不断传播所必须的最低（高）燃气浓度，称
为火焰传播浓度下（上）限。
第三章 燃气燃烧的火焰传播
单一燃气的爆炸极限
燃气名称 氢
口琴式燃烧器
平板式多孔红外燃烧器
第五章 大气式燃烧器
第五章 大气式燃烧器
二、大气式燃烧器的特点和应用范围 优点：
1. 火焰短，火力强，燃烧温度高； 2. 可用于不同燃气，燃烧较安全、环保，热效率高，CO含量低； 3. 可用低压燃气，空气靠燃气引射，具有自调性，煤气空气按比例
调节； 4. 适用性强，可满足各种工艺需要。
2— 脱火曲线 (气流速度上限) 4— 回火曲线 (气流速度下限) 1— 光焰曲线，α过小时,由于
燃气的燃烧计算资料
燃气的燃烧计算资料燃气是一种常见的燃料，广泛应用于家庭和工业的热水器、炉具、发电等设备中。
了解和掌握燃气的燃烧计算资料对于正常使用和安全运行设备非常重要。
在本文中，我们将介绍燃气燃烧的基本原理、常用的燃气计算公式以及相关的安全措施。
1.燃气燃烧的基本原理燃气燃烧是燃料与氧气发生反应产生热量和废气的过程。
燃气的主要成分是甲烷（CH4），甲烷燃烧产生的化学反应方程式为：CH4+2O2->CO2+2H2O。
在完全燃烧的情况下，燃气与氧气的化学反应将生成二氧化碳和水，释放出大量的热能。
2.燃气燃烧的计算公式（1）燃料理论空气量的计算燃料理论空气量是指理论上完全燃烧所需的空气量，一般使用下式计算：理论空气量=燃料量×（理论空燃比/实际空燃比）这里，燃料量是指单位时间内的燃料消耗量，理论空燃比是指燃料与理论空气量的混合比，实际空燃比是指燃料与实际空气量的混合比。
（2）燃料气体热值的计算燃料气体的热值是指单位质量燃料所释放的热能，一般使用下式计算：热值=热效率×燃料质量×燃气热值这里，热效率是指设备的热能利用效率，燃料质量是指单位时间内的燃料消耗量，燃气热值是指单位质量燃气所释放的热能。
3.燃气燃烧的安全措施（1）确保良好的通风燃气燃烧会产生大量的废气，如一氧化碳等有毒气体。
因此，在使用燃气设备时，要确保室内有良好的通风条件，及时将废气排出室外，以保证空气质量。
（2）检测燃气泄漏燃气泄漏可能引发火灾和爆炸等危险情况，因此要定期检查和维护燃气管道和设备，及时发现和修复泄漏问题。
同时，要安装燃气泄漏报警器，一旦检测到燃气泄漏，及时采取紧急措施。
（3）合理使用燃气设备在使用燃气设备时，要按照使用说明书正确操作，不超负荷使用，避免产生过高的温度和压力。
同时，要定期清洗燃气设备，确保其正常运行。
总结：燃气燃烧的计算资料对于正常使用和安全运行燃气设备非常重要。
通过了解燃气燃烧的基本原理和常用的计算公式，可以正确使用和维护燃气设备，避免安全事故的发生。
理论空燃比及燃烧气量经验计算公式
理论空燃比及燃烧气量经验计算公式一、理论空燃比的计算方法1.化学计量法化学计量法是根据化学方程式中的反应物质的化学计量比来计算理论空燃比。
例如，对于乙烷（C2H6）的完全燃烧反应方程式：C2H6+3.5O2→2CO2+3H2O根据方程式可知，乙烷的燃烧需要3.5个氧气分子配合，所以乙烷的理论空燃比为3.52.质量计量法质量计量法是通过参照燃料和空气的质量计算理论空燃比。
以正丁烷（C4H10）为例，其分子量为58.12g/mol，理论燃烧反应方程式为：2C4H10+13O2→8CO2+10H2O根据方程式可知，正丁烷需要13个氧气分子配合燃烧，所以它的理论空燃比为13（根据质量计量，以质量为单位）。
燃烧气量经验计算公式主要依赖于燃料的化学成分。
燃料的化学成分可以通过对燃料分析、燃烧实验以及燃烧过程中产生的燃烧产物进行分析等方法来确定。
一般来说，燃料的化学成分主要包括碳（C）、氢（H）、氧（O）、硫（S）、氮（N）等元素。
通过分析燃料中各元素的质量百分比可以计算得出燃料的化学式。
根据燃料的化学式，可以计算出燃料完全燃烧时产生的燃烧产物的质量。
例如，对于甲烷（CH4）的燃烧反应方程式：CH4+2O2→CO2+2H2O根据方程式可知，每个甲烷分子燃烧产生一个二氧化碳分子和两个水分子。
根据分子量的比例，可以计算出每单位质量的甲烷燃烧产生的二氧化碳和水的质量。
因此，燃烧气量的经验计算公式如下：燃烧气量=（燃料质量×理论空燃比）/（燃烧产物的质量比）需要注意的是，由于燃料的化学成分和燃烧产物的生成过程中会产生一定的热损失以及残渣等因素，所以实际的燃烧气量可能会略有偏差。
因此，在实际应用中，经验计算公式常常需要根据具体情况进行修正。
综上所述，理论空燃比和燃烧气量的计算方法可以为工程设计和燃烧过程优化提供一定的理论依据。
在实际应用中，需要根据具体的燃料和燃烧设备的情况进行计算和修正。
火灾燃烧中的有关参数计算
3、燃烧速率的计算
• 燃烧速率：单位时间内燃烧消耗的燃烧质量。（对气体， 可用体积来计算）
•
G
3600Van
V
•
Van 火灾中消耗的干空气标 准体积流量
V 单位质量可燃物燃烧所需要的空气量
3、燃烧速率的计算
V的推导过程
依照燃烧前后氮的质量不变，通过质量守恒定律求得。
1kg燃料中含有的氮元素质量为n，单位质量可燃物燃烧所需的空气体积为V, 这部分空气中的氮气质量为：
1、标准条件的空气流量计算
• 对于固态或液态物质用单位质量的可燃物数量来 表示
• 对于气态物质，既可以用单位质量也可以用单位 体积的可燃物数量来表示
• 标准条件：
Tn 273 .15K
Pn 101325 Pa
• 干火灾气体主要成分为：
O2 \ CO2 \ CO \ CH4 \ H2 \ N2
1、标准条件的空气流量计算
mN2
V N2 100
M N2
Vm
1kg可燃物燃烧产生的火灾气体中的N2的体积 VN2 和质量 mN2
VN2
Vdf
[N2] 100
mN2
Vdf
[N2] 100
M N2 Vm
3、燃烧速率的计算
• 燃烧前后氮的质量不变，可知氮的平衡关系为：
Vdf
[N2] M N2 100 Vm
V N2 M N2 100 Vm
chs o
Vo2
22.4( 12
4
32
) 32
2、燃烧时所需空气量的计算
燃烧1kg可燃物所需要的空气体积为：ຫໍສະໝຸດ VoVo2 0.21
22.4 0.21
(c 12
h 4
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燃烧机理分析林树军浙江温岭燃烧过程高速摄影1燃料和空气混合气缸混合气残余废气过程湍流火焰燃气混合物燃料空气点火TDC@1430r/min&部分负荷Lamberda=1.30喷油角度为30CRA BTC出现火焰达到离火花塞最远的气缸壁理论温度最高点燃烧阶段划分火焰高速传播期火焰传播火焰扩散期早期火焰传播火焰终止火花点燃2燃烧机理解释内燃机的燃烧过程是湍流燃烧，而湍流燃烧是一种极其复杂的带化学反应的流动现象，湍流与燃烧的相互作用涉及许多因素，流动参数与化学动力学参数之间的耦合的机理极其复杂，用数值模拟方法分析和预测湍流燃烧现象的关键问题是正确模拟平均化学反应率，即燃料的湍流燃烧速率。
3燃烧湍流模型Eddy Break up(涡团破碎模型）Spalding的涡团破碎模型，其基本思想是：对预燃火焰、湍流燃烧区中的已燃气体和未燃气体都是以大小不等并作随机运动的涡团形式存在。
化学反应在这两种涡团的交界面上发生。
化学反应的速率取决于未燃气体涡团在湍动能作用下破碎成更小的涡团的速率，而此破碎速率正比于湍流脉动动能k的耗散率，其基本表达方式如下：该模型是AVL公司fire软件里面计算燃烧的基础计算模型。
4缸内传热模型5内燃机的传热既是与燃烧现象密切耦合的一个子过程，又是整个燃烧循环模拟的一个重要环节。
然而，内燃机的传热问题又被认为热问题中最复杂的一个，这是因为由于内燃机工作过程强烈非定温度变化的高度瞬变性，以致在毫秒量级的时间内，燃烧室表面的热流量从零变化到10MW/m2，同时温度和热流的空变化也非常剧烈。
在1cm 的位置上，热流峰值相差可达5MW/m2。
一般而言，发动机的传热计算包括3个方面：（1）工质与燃烧室热量的交换（包括对流和辐射两种方式）；（2）燃烧室壁内部的热传导；（3）燃烧室外壁与冷却对流和沸腾传热。
对于内燃机燃烧过程来说，主要考虑的第一项，因而对于内燃机传热模型方面主要考虑两个方面：1、工质与壁面之间的对流换热模型，2、是辐射换热模型。
而主要计算方法：1、壁函数法。
2、热流法。
Wochini 传热经验公式燃烧湍流理论湍流与燃烧、排放物生成的关系极大，例如对火花点火发动机，主要表现在对火焰传播速率、燃烧速率、循环变动以及稀燃极限等方面，对压缩点火发动机扩散燃烧阶段的燃烧速率取决于空气和燃料混合速率，在湍流中物质传输和混合速率均大大高于分子间的扩散速度，在一定范围内增加湍流强度，将有利于燃烧过程的进行和降低烟度。
虽然进行了长期的研究，至今对湍流的本质没有清楚的认识，只知道湍流是涡的不断产生、发展、分解和消失的过程，在测量点上表现为各向异性，强瞬变的气流速度无规则分布。
湍流产生方式：1、气流通过固体物体表面而产生的壁面湍流2、在同一流体中，不同速度的流体层之间产生的自由湍流。
6湍流特性参数1、平均气流速度仔细观察湍流曲线可以发现，尽管流体质点的瞬时速度作不规则的变化，但它却绕某一平均值作上下跳动（称作脉动）7湍流特性参数和方差公式类似，代表波动8内燃机中各个湍流特性参数之间的关系9（1）进气过程中边界条件对气缸平均流程和湍流场有重大的影响。
（2）湍流强度和气流平均流速随发动机单位时间进气量增加而增加。
（3）积分长度和气门升程、气缸进气速度有关。
可以理解为进气速度发动机准维燃烧模型火焰传播是发动机燃烧的重要特性，强烈地受缸内气流湍流运动的影响，决定性地影响到火焰结构和火焰传播。
湍流特性影响燃烧过程，汽油机燃烧实质上是湍流燃烧，湍流燃烧模型就是建立描述湍流、点火、火焰及火焰传播等燃烧特征参数及其相互间的关系的一组数学表达式，并与内燃机的结构参数和运行参数联系起来，用以预测内燃机结构参数、运行参数变化后的燃烧特性。
10发动机准维燃烧模型湍流火焰结构基于对火焰传播机理的认识，有两种描述火焰传播的模型：一种是湍流积分尺度L比层流火焰带的厚度大的多的情况，该模型是以分子迁移过程为基础的模型，是皱折的层流燃烧模型。
火焰带内部的结构与层流火焰完全相同，随着流速的变化，火焰面产生畸变、出现皱折，火焰面的总面积增加，燃烧速度也加快。
另外一种是属于湍流迁移过程为基础的模型，湍流对火焰面形状影响不大，但对火焰带中的热量基团的迁移过程有大的影响。
因湍流迁移在燃烧中是起支配作用的，所以燃烧速度加快，火焰带也变后。
11湍流迁移燃烧模型12燃烧速度比其中湍流强度包括已燃区湍流强度和未燃区湍流强度火焰燃烧产生的湍流两相之间的气体参数湍流能谱一般湍流中还包含有各种尺度的涡动，换句话说，包含着各种频率的速度变成成分，即表现出频谱的分布态，这样，湍流层燃烧速度比又可以写成以湍流能谱表示的表达式：低频部分高频部分发动机燃烧需要合适的湍流。
13当研究预混合湍流火焰结构时，经常以层流火焰带厚度与湍流尺度的大小来划分火焰结构，此时，作为湍流尺度一般认为科尔果诺夫尺度是主要的在科尔果诺夫尺度以下的小涡动，因粘性而衰减，事实上就不存在了，因此在分析时可以把科尔果诺夫尺度认为是湍流的最小尺度。
影响湍流火焰结构的能谱表示为以下情形。
1415湍流燃烧模型（计算模型）模型假设：点火发生在以科尔莫果诺夫尺度表示的高耗散区内，点火后燃烧沿着涡管以流速（湍流强度+层流火焰传播速度）向前推进，火焰前锋呈球面，在一定空间长度内，以层流燃烧速度进行燃烧，因此，尺度为L的湍流涡团的燃烧时间为根据上述假设可知，点火后到t时刻卷进燃烧区的质量速率和质量分别为：16质量燃烧率的假设17脉动18层流火焰速度计算经验公式：19为常数由试验确定20大尺度涡团370°420°450°480°实际软件计算结果22（1）进排气门平面截图（2）火花塞下方0mm截图（3）垂直于进排气门平面截图（4）火花塞下方5mm截图进气门排气门火花塞火花塞火花塞颜色越红湍动能越大燃烧锋面的拓展23705°715°725°730°740°燃烧锋面的速度及区域发展燃烧锋面速度燃烧锋面区域703°703°710°710°720°720°730°730°燃烧计算评价指标分布在40度左右标准燃烧时间的长短燃烧持续期最大值超过12m/s 表示燃烧的快慢最大火焰传播速度平均湍动能大于230标准燃烧质量的参数上止点时候最大平均湍动能评价标准目的燃烧指标缸压曲线的意义工作过程数值计算：利用所建立的燃烧模型或代用燃烧放热规律，求得缸内压力随曲轴转角变化规律，即示功图ϕ~p 图燃烧放热规律计算：从实测的示功图出发，求得实际的燃烧放热规律，即ϕϕ~d dQ B 图燃烧放热规律计算目的：（1）示功图——>放热规律——>燃烧品质的好坏——>指明改进提高燃烧性能的途径（2）示功图——>不同工况放热规律——>建立放热规律计算模型燃烧分析仪采集的数据基础一、示功图的数据采集精确计算燃烧放热规律的前提条件是要有一张精确的实测示功图。
示功图测量包括以下三要素：（1）气缸压力的测量（2）曲轴转角的测量（3）保证压力与转角同步以及上止点的标定压力传感器电荷放大器pϕppϕv转角信号传感器燃烧分析仪（或数采系统）燃烧阶段划分28火花点燃早期火焰传播火焰传播火焰终止火焰扩散期火焰高速传播期0-5%MFB5-90%MFB 90-100%MFB燃烧好坏对发动机开发的直接作用29能量转换—IMEP化学能量机械能热能+PV燃烧和空气100%能源做功-35%冷却-30%排气-35%IMEP=∫P x dVP 为缸压V 为体积评价燃烧好坏的直接意义就是发动机有没有得到较好的IMEP燃烧分析基础的特征曲线-360-300-240-180-120-6060120180240300Crank Angle [deg]P C Y L [b a r ]-100102030405060708090Crank Angle PCYL deg bar 15.60070.039kymco G5发动机缸压曲线分布人机工程研究所性能分析组发动机转速:8500r/min0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0VolumeP C Y L [b a r ]-8081624324048566472kymco-G5发动机P-V图人机工程研究所性能分析组发动机转速:8500r/min通过发动机结构计算得到P-V影响缸压曲线的主要因素：1）压缩比2）火花塞位置、数目及点火角度3）充量系数及残余废气系数4）紊流强度5）混合气浓度6）节气门开度7）燃烧室形状一般额定转速下最大爆发压力设计标准=7*压缩比-2bar附近，其次最大爆发压力对应曲轴转角合理范围值上止点后12~15°。
燃烧放热规律的统计P V传热对外做功工质内能增加放热率计算由实测示功图计算燃油燃烧的放热率，是研究燃烧过程的一种有效方法。
真实的放热规律对燃烧过程不仅能作出定性的说明，而且能提供定量的估计，能比示功图更为直观地放映燃烧过程的基本特征，是诊断燃烧的一种有效手段。
同时，根据放热率也可分析一些设计参数对燃烧过程的影响，如：滞燃期、燃烧持续期、燃烧放热速度等。
综合考虑放热率、最高爆发压力和压力升高率，提出理想的放热率曲线，使实际放热过程与其逼近，用以改进和组织燃烧，这样，使放热率研究具有更实际的意义。
内燃机的燃烧过程可表现为燃烧放热的变化历程，而放热规律又决定了缸内压力变化和热量转换的过程，这些变化关系，根据能量守恒和能量转换定律可由示功图计算的放热率予以揭示，从中可以提供分析、诊断燃烧过程的有用信息。
-30-20-1001020304050607080Crank Angle [deg]放热率[J_p_Grd]510152025累积放热率[J]100200300400Crank AngleQ_1I_1degJ_p_GrdJ6.00020.943200.336QJ157FMI-2发动机全负荷放热率（累积放热率)图人机工程研究所性能分析组发动机转速8000r/min燃烧放热规律对性能影响-30-20-101020304050607080Crank Angle [deg]瞬时放热量 [J _p _G r d ]-30369121518212427Crank Angle 瞬时放热量deg J_p_Grd -16.000 0.029 31.000 1.343 47.000 1.314Crank Angle 瞬时放热量deg J_p_Grd 8.224 17.487kymco-G5发动机瞬时放热量分布图人机工程研究所性能分析组发动机转速:8500r/min-360-300-240-180-120-6060120180240300Crank Angle [deg]P C Y L [b a r ]-100102030405060708090Crank Angle PCYL deg bar 15.60070.039kymco G5发动机缸压曲线分布人机工程研究所性能分析组发动机转速:8500r/min-30-20-1001020304050607080Crank Angle [deg]累积放热量 [J ]-5050100150200250300350400450Crank Angle 累积放热量deg J -12.000 0.435 56.000364.196 68.000363.760kymco-G5发动机累积放热率分布图人机工程研究所性能分析组发动机转速:8500r/min从上面看出，优秀的燃烧（IMEP 比较理想），最大缸压曲线对应的曲轴转角在上止点后15°附近，最大放热率位置在8°附近，而E50在10°附近。