6液体燃料的燃烧课件

（4）滴间气体燃烧加液滴蒸发式燃烧：
油滴均匀性差、油滴群密度大，较小油滴预蒸发式燃烧，滴 间蒸发燃烧的大油滴在到达火焰区时未完全蒸发，应避免。
6.1.3 液体燃料的燃烧过程
（四）油滴群燃烧速度常数 与单油滴燃烧速度常数不同，油滴群燃烧速度常
数与压力有关且有所增大；
（五）油滴群燃烧的特点 油滴群燃烧的火焰传播主要借助于油滴的不断着
6.2.3 雾化的方式及常用雾化装置
液体燃料雾化主要有两种方式：机械雾化和介质雾化，还有兼有 这两种方式特点的组合型雾化方式。
6.2.3 雾化的方式及常用雾化装置
6.1.3 液体燃料的燃烧过程
完全燃烧，油滴的燃尽时间：
b

d02 k
油滴燃尽时间与液滴初始直径的平方成正比。
（6-16）
可见，液体燃料雾化质量（液滴尺寸）对燃烧过程具有决定性影响 。
油滴与空气间有相对速度时，燃烧速度常数为：
k2 k(1 0.3Sc0.33 Re0.5 )
（6-17）常
将喷油嘴出口处喷雾炬外包络线的两条 切线之间的夹角定义为出口喷雾角。

雾化角是油喷嘴雾化性能的主要指
标之一。

一般应根据燃烧室的尺寸和燃料
与空气的混合条件来合理选择雾化角。
6.2.2 雾化性能及质量的评定
6.2.2 雾化性能及质量的评定
喷雾锥角和喷孔锥角
dt
dr
RTV
分子扩散项 对流扩散项
dm/dt—单位时间内油滴对周围介质的扩散量（质交换）；
Tv、Pv、ρv—油滴表面附件的燃油蒸汽温度、压力和质量浓度；
D—扩散系数；
r、F—油滴半径和表面积；
u—油蒸汽离开油滴表面的对流速度。
6.1.2 液体燃料的蒸发过程
不考虑辐射时，油滴的传热：
dq dt

F
dT dr
cp
dm dt
(T
TB )
导热 对流传热
dq/dt—单位时间内周围气体对油滴的传热；
λ、Cp—燃油蒸汽的热导率和定压比热容； r、F—油滴半径和表面积； T、TB—周围气体和油滴表面的温度。
6.1.2 液体燃料的蒸发过程
高温下油滴蒸发模型的简化（6个）假设：
1）油滴为球形颗粒rB，被高温球形气体包围rA ； 2）油滴表面蒸发处于平衡状态； 3）蒸发过程是等压的，Cp不变； 4）气体均作为理想气体； 5）仅考虑导热； 6）rA内浓度和温度沿半径方向线 性变化。

油滴蒸发时间： t d02 k1
油滴完全蒸发时间： t0
dB2

d0——油滴初始直径；
蒸发常数k1： 8
d
2 0
k1
k1
（6-10）
ln[1
B
cp
cp rf
f
(T
TB
)]
可见：蒸发时间与油滴初始直径的平方成正比；
因此，要缩短燃油蒸发时间，就要求有较小的雾化细度，即雾化质量。
可见，油滴与空气有相对速度，可大大加速油滴的燃烧过程。
6.1.3 液体燃料的燃烧过程
二、油滴群的燃烧过程
（一）油滴群燃烧与单个油滴燃烧的差别

油滴群与单个油滴的最大差别在于雾状油滴中各个油滴之
间相互发生干扰，特别是油滴之间距离很近时，影响主要有两
方面：
（1）相邻油滴同时燃烧使它们之间有热量交换，以致减少 了油滴的热量损失，使传递给油滴的总热量增加；（促进燃烧）
液体燃烧 灯芯燃烧 蒸发燃烧 雾化燃烧
6.1 液体燃料燃烧原理
6.1.1 液体燃料的燃烧方式
（1）液面燃烧

是指直接在液体表面上发生的燃烧。往往是灾害或事故燃烧的
形式。
（2）灯芯燃烧
是利用灯芯的毛细吸附作用将燃油由容器中抽吸上来，并在灯 芯表面生成油蒸气，然后油蒸气与空气混合发生的燃烧。
6 液体燃料的燃烧
6.1 液体燃料燃烧原理 6.2 液体燃料的雾化过程及装置 6.3 配风原理及装置 6.4 液体燃料雾化燃烧的组织及布置
6.1 液体燃料燃烧原理
6.1.1 液体燃料的燃烧方式
液体燃料有哪些
液体燃料为什么要雾化?
液体燃料的燃烧方式和过程 ?
雾化
气化
混合
燃烧
根据液体燃料在着火燃烧前发生蒸发与气化的特点 液面燃烧
6.2.2 雾化性能及质量的评定

评定液体燃料雾化器的雾化性能及质量的主要指标：流量特
性、调节比、雾化角、雾化细度及均匀度、流量密度分布、射程
等；对于介质雾化喷嘴，还有气耗率等。
一、流量特性

流量特性指的是油喷嘴单位时间内喷油量随油压变化的规律，
相应的关系曲线称为流量特性曲线（喷油速率曲线）。
当油滴获得的热量等于蒸发所需的热量，则油滴温度保 持不变，蒸发保持平衡，该温度称为油滴蒸发平衡温度， 此时蒸发速度等于扩散速度。
6.1.2 液体燃料的蒸发过程
油滴蒸发产生的蒸气通过两种方式向外扩散（质扩散）： 油气分子扩散和油气以某一速度作对流扩散（斯蒂芬流）。

斐克方程：
dm D d v F u PV F
6.1.2 液体燃料的蒸发过程
前面的计算只考虑导热，未考虑对流等相对运动。考虑相对运动 后，油滴与周围气体间热量和质量交换增强，燃油蒸发加快。
考虑相对运动后，油滴蒸发常数k2：
k2 k1(1 0.3Sc0.33 Re0.5 )
SC—施密特数，即气体介质运动黏度v与扩散系数D的比值； Re—雷诺数，Re=ud0/v，适用于Re=0~200。 不同直径油滴在不同空气温度下的蒸发速率对比见图6-4和表6-1
即液滴群中众颗粒大小相差的悬殊性程度。

雾化均匀度一般可用粒数分布曲线和质量分布曲线表示。
6.2.2 雾化性能及质量的评定
雾化均匀度也常用积分曲线和微分曲线表示。
积分曲线表示法是将大于某一直径d的所有液滴的质量占全部液 滴质量的百分数表示成液滴直径的函数； 微分曲线表示法是将液滴直径在某一范围的所有液滴质量占全部 液滴总质量的百分数表示成液滴直径的函数。
稳态下油滴蒸发的热平衡式：
4 r2
dT dr

dm dt cpT
（6-6）
导热量 蒸发量即扩散量
6.1.2 液体燃料的蒸发过程
油滴的蒸发速度
dm 4 rB
dt cp 1 rB
ln[1 B
rA

cp rf
(T
TB )]
（6-7）
可见，油滴蒸发速度取决于油滴直径（半径）、油滴周围气体温度 及该体系的物性。
火和燃烧，具有比均匀混合可燃气燃烧更为宽广的着 火界限和稳定工作范围。
6.2 液体燃料的雾化过程及装置
6.2.1 雾化原理及方法

在通过喷嘴时，液体燃料被破碎
为大量细小液滴所组成的液滴群，这
个过程称为雾化。

雾化的目的？

增加燃料的蒸发表面积，以加速
燃料气化及与空气混合，使燃烧快速
并完全燃烧。
雾化是组织液体燃料喷雾燃烧的关键。

油雾化炬（油束）的喷雾射程是指在某个给定的时间内，油
喷嘴在喷射方向上喷出的油雾实际能够到达的平面，与油喷嘴喷
口之间的距离。
A
B
C
六、调节比和气耗率

调节比是指在保证雾化质量的前提下，在运行压力范围内油
喷嘴的最大质量流量与最小质量流量之比。

气耗率是仅对介质雾化喷嘴而言的参数，是指单位时间内雾
化介质的质量与喷液质量之比，即气液质量比。
伞状火焰
火焰吹熄
全周火焰
扩散燃烧时气流速度（相对）对火焰形状的影响
6.1.3 液体燃料的燃烧过程
在平衡蒸发 状态，油滴 温度接近燃 油的沸点。
无相对运动时单个液滴的扩散燃烧
6.1.3 液体燃料的燃烧过程
油滴扩散燃烧速度完全取决于燃油蒸气由油滴表面向火焰 面扩散的速度。
在平衡蒸发状态，燃油蒸气扩散速度等于蒸发速度，即油 滴扩散燃烧速度由油滴蒸发速度决定。
（2）相邻油滴同时燃烧，互相竞争氧气，对氧气扩散到火 焰锋面有影响。 （阻碍燃烧）
6.1.3 液体燃料的燃烧过程
（二）滴间燃烧与滴状燃烧
根据油滴间的统计平均距离大小，油滴群燃烧可分 为滴间燃烧和滴状燃烧。

油滴直径<油滴间统计平均距离<油滴火焰面半径，
滴间燃烧；

油滴间统计平均距离>20倍油滴直径，滴状燃烧；
6.1.2 液体燃料的蒸发过程
不同直径油滴在不同空气温度下的蒸发速率对比见图6-4和表6-1
6.1.2 液体燃料的蒸发过程
（2）油滴群的蒸发
直径d的油滴在经过τ 时间蒸发后，剩余油滴的直径和
体积分别为：
d d 2 k1
V


6
(d 2
k1 )3 2
液滴群—粒径大小不等的
6.1.1 液体燃料的燃烧方式
对难蒸发或蒸发速率要求高的液体燃料，像柴油、重油等， 采用预热或高压喷射实现雾化；
由于喷雾的动态特性本质 上是大量单一液滴蒸发特 性的统计总和，故深入理 解单液滴的蒸发特性是研 究喷雾的必要前提。
6.1.2 液体燃料的蒸发过程
（1）单个油滴的蒸发
雾化
燃烧
单油滴吸热 温度升高 蒸发（气化） 混合 燃烧
（6-18）
即油滴群中大于或小于这一直径的两部分液滴的总质量相等。 d50 越小，雾化粒度越细，雾化质量越好。
（2）索太尔平均直径（dSMD）
dSMD
Ni di3 Ni di2
（6-19）
Ni——直径为 di 的油滴颗粒数；