液体燃料的燃烧
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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
连续方程: 连续方程: 4πr02 ρ 0 v 0 = 4πr 2 ρv = G 动量方程: 动量方程: 扩散方程 能量方程
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
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 。
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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。
07液体燃料的燃烧解读
闪点计算
（1）波道查公式；
t f 0.6946 tb 73.7
（2）利用液体分子中的碳原子数
(t f 277.3) 10410 nc
2
5、 粘度与凝固点
燃烧方式
液体蒸发成燃料蒸汽，再与氧气完 成扩散燃烧过程：蒸发是关键。 预蒸发燃烧； 表面燃烧； 雾化燃烧。
预蒸发燃烧
表面燃烧
液体燃料的燃烧
蒸发 液体
气体 ＋ O2 燃烧
液体燃料的性质
1、蒸气压：
在给定温度下，液体和其蒸气处于 平衡状态时，蒸气所具有的压力， 称为饱和蒸气压（蒸气压）。
蒸气压主要由液体的性质（液体分子间的 作用力）和温度决定。 克劳修斯-克拉佩龙方程（与温度的关系）：
LV ln P C RT
kJ / m 2 sec
kJ / m 2 sec
即
d T W g ( ) dr Q W Lg g d CPS T ( ) dt Q
g ∵ Lg g CPg
∴
• 以下是传质速度的求解过程：
定义无因次温度
bT
CPS (T T ) Q
dbT dr dYF ) D F dr
∵T 为常数
∴
W L g g
（3）
同理，对组分 F 的通量按 Stefen 流考虑
W YFR W YFw ( g
即
W g
YF d ( DF dr YFw YFR )
定义无因次浓度
YF YF bD YFw YFR
∴
W gD F
液体在一个设定的表面蒸发，然后完成扩 散燃烧过程。 ——煤油灯； ——煤油炉； ——蜡烛。
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
液体燃料雾化与燃烧概述
液体燃料雾化与燃烧理论
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。
燃烧学-第六章
二、雾化方式和喷嘴
• 按照油的雾化机理，工程上油的雾化方式分为：压力式、旋 转式和气动式等。前两种又称为机械式雾化。如下图所示。
压力式雾化喷嘴
压力式雾化喷嘴又称为离心式机械雾化器。它可以用在航空喷气发动机、 燃气轮机、柴油机以及锅炉和工业窑炉上。 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。 按该原理工作的雾化器有：直流式、离心式和转杯式
中间直径法（d50）
是一个假定液滴的直径，即液雾中大于或小于这一直径的两部分 液滴的总质量相等。
索太尔平均直径法（dSMD）
设在特定的液滴群中的滴数为N0 ，且所有液滴的直径都等于
dSMD，而这些液滴的总体积与总面积之比正好等于实际液滴群的总
体积与总面积之比。
18
（2）雾化角
出口雾化角
19
（3）燃料的流量密度分布 单位时间内通过与燃料喷射方向相垂直的单位截面上燃 油质量沿半径的分布规律。
20
（4）喷雾射程 喷嘴水平喷射时，油雾液滴丧失水平方向动能的行程。 不同直径油粒的射程也不同。射程取决于轴向速度和颗 粒度。射程的大小影响火焰长度。
21
（5）雾化均匀度 积分表示法 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。 微分表示法 将直径在d和d＋Δ d之间的所有液滴的质量占全部液 滴总质量的百分数表示成液滴直径的函数。
7
四、雾化燃烧－－重点
1.过程：
破碎 雾化器 液体 小液滴 悬浮 边蒸发边燃烧
燃料的蒸发表面积增加 上千倍
燃烧速度加快
2.关键问题：－－雾化 （1）雾化方式：据液体燃料的蒸发性定 不易蒸发的液体－－喷嘴雾化 （2）易蒸发的液体－－汽化器
第6章(液体燃料燃烧)(4)
1
2013/12/5
油滴蒸发扩散方式： 油气分子扩散 油气以某一速度进行质传递，即对流扩散---斯蒂芬 (Stefan)流
稳态下单个油滴的燃烧模型
• 油滴为均匀对称球体； • 油滴与空气间无相对运动； • 燃烧极快，火焰面薄； • 火焰温度较高，向内向外同时传热， 油滴表面温度接近饱和温度； • 忽略对流与辐射换热；只考虑导热 • 忽略油滴周围的温度场不均匀对热 导率和扩散系数的影响；
式中： λ 、 λr－分别为油蒸汽和油滴的热导率 T－为液滴周围气体的温度
2
2013/12/5
另一方面，油滴燃烧过程中直径不断减小
式中， ρr－油滴密度；
联立后得到：
δ－油滴直径
液滴燃尽时间：
k－蒸发常数
或者改写为：
上式称为油滴燃烧的直径平方-—直线定律，该定律说明： 油滴直径的平方随燃尽时间的变化呈直线关系 当油滴粒径等于0时，表明油滴完全燃尽，此时对应的燃尽 时间为：
一 液体燃料雾化的基本理论
雾化液体燃料的原因:增加液滴进行反应的比表面积，增强 与氧气的混合，强化液体燃料燃烧 雾化方法： • 气体介质雾化：空气、蒸汽以一定的压力，高速冲击油流， 使其雾化。 • 机械雾化：靠液体本身的压力喷入相对静止的空气中或以高 速旋转的方式使油流加强扰动，脉动而破裂，从而被雾化。
5
2013/12/5
6 . 3 液体燃料的雾化
1ml的燃油，表面积约为245mm2。若雾化成40μ m油滴，油滴 总数为2.99×107个，其表面积为1.5×106 mm2。表面积增大 5090倍。 有了足够大的表面积，有利于导热（吸热）、扩 散。 雾化定义:靠外界作用将连续的液流破碎成雾状的油液滴群 的过程。
一般液体燃料燃烧有液面燃烧, 液雾燃烧。燃烧常发生于气相, 是扩散燃烧, 燃烧速率和液体密度成反比。 液面燃烧：在辐射与对流的作用下，液体表面被加热，导致 蒸发加快，溶液液面上方的燃料蒸气浓度增加并与空气混合 而发生的燃烧。常为灾害或事故燃烧形式。 液雾燃烧：本身又有预蒸发燃烧, 液滴扩散燃烧以及二者的混 合。 对液雾燃烧而言, 研究液滴的蒸发和燃烧是十分重要的。
第七章液体燃料的雾化
燃料放在炉篦或炉排之上，通过炉篦或炉排的缝隙将空 气送入燃烧层，使之进行燃烧，高温燃烧产物进入炉膛进 行换热，燃尽的灰渣通过炉篦缝隙或排渣口排出。如：工 业链条炉。
煤的燃烧方式
悬浮燃烧
燃料与空气的混合物喷入燃烧室或炉膛内，则燃料 将在这个空间内以悬浮状态完成燃烧过程。例如： 大型电站锅炉
固体燃料 （煤） 磨煤机 煤粉 (25~50μm) 燃烧器 炉膛 燃烧
燃烧前沿
含氧介质 燃烧产物
油粒的蒸发与燃烧
油粒燃烧过程特点
提供反应物质
燃烧反应
提供热量
油的蒸发
整个燃烧过程的速度 油的蒸发速度 油的燃烧速度
油粒的蒸发与燃烧
dT •油滴的净导热量： Q1 4r dr •油滴升温： Q 4 r 3 C dT1 2 s l l 3 d
2
•油滴气化潜热：Q3 mv Ll •油蒸气升温： Q4 mv C p (T TL )
液体燃料的雾化
作用：
增加燃料的比表面积 加速燃料的蒸发汽化 有利于燃料与空气的混合 完全燃烧
雾化机理
基本原理： 液体表面积不断增大，直到变得不稳定并 破裂。 压力式喷嘴：利用喷嘴进、出口压力差实现液滴 从液体射流中分离。 旋转式喷嘴：利用喷嘴进、出口压差和旋转离心力 使液膜失稳而分离液滴 气动式喷嘴： 利用空气和蒸汽作为雾化介质使液滴 从液体燃料中分离
Q2 0, 稳定蒸发过程的热平衡方程： 稳态时：
dT 4r mv Ll mv C p (T TL ) 0 dr
2
油粒的蒸发与燃烧
mv dr dT 2 C p (T TL ) Ll 4 r
边界条件： r rs， T TL
r ， T T
煤的燃烧方式
悬浮燃烧
燃料与空气的混合物喷入燃烧室或炉膛内，则燃料 将在这个空间内以悬浮状态完成燃烧过程。例如： 大型电站锅炉
固体燃料 （煤） 磨煤机 煤粉 (25~50μm) 燃烧器 炉膛 燃烧
燃烧前沿
含氧介质 燃烧产物
油粒的蒸发与燃烧
油粒燃烧过程特点
提供反应物质
燃烧反应
提供热量
油的蒸发
整个燃烧过程的速度 油的蒸发速度 油的燃烧速度
油粒的蒸发与燃烧
dT •油滴的净导热量： Q1 4r dr •油滴升温： Q 4 r 3 C dT1 2 s l l 3 d
2
•油滴气化潜热：Q3 mv Ll •油蒸气升温： Q4 mv C p (T TL )
液体燃料的雾化
作用：
增加燃料的比表面积 加速燃料的蒸发汽化 有利于燃料与空气的混合 完全燃烧
雾化机理
基本原理： 液体表面积不断增大，直到变得不稳定并 破裂。 压力式喷嘴：利用喷嘴进、出口压力差实现液滴 从液体射流中分离。 旋转式喷嘴：利用喷嘴进、出口压差和旋转离心力 使液膜失稳而分离液滴 气动式喷嘴： 利用空气和蒸汽作为雾化介质使液滴 从液体燃料中分离
Q2 0, 稳定蒸发过程的热平衡方程： 稳态时：
dT 4r mv Ll mv C p (T TL ) 0 dr
2
油粒的蒸发与燃烧
mv dr dT 2 C p (T TL ) Ll 4 r
边界条件： r rs， T TL
r ， T T
燃烧学第5章：液体燃料燃烧解读
5、液滴分离的基本原理 液体表面不断增大，直到它变得不稳定并破碎。
图5-3
液滴的分裂过程
液滴从液体产生的过程，依赖于液体在雾化喷嘴中 的流动性质（即是层流还是湍流）、给液体加入能 量的途径、液体的物理性质以及周围气体的性质。
5、控制雾化的量纲一的数——韦伯（Weber）数 液滴的变形和碎裂的程度取决于作用在液滴上的力和形成 液滴的液体表面张力之间的比值。
3、气动式雾化喷嘴
• 气动式雾化喷嘴又称介质式雾化喷嘴。它利用压缩空气或高 压蒸汽为雾化介质，将其压力转化为高速气流，使液体喷散 成雾状气流。 • 采用蒸汽为介质的雾化喷嘴又分为纯蒸汽雾化和蒸汽—机械 （压力）综合雾化两类喷嘴。
三、液体燃料雾化性能
• 一般可用一些特性参数来表征喷嘴的雾化性能。即雾化角、 雾化液滴细度、雾化均匀度、喷雾射程和流量密度分布等。 1、雾化角 喷嘴出口到喷雾炬外包络线的两条切线之间的夹角，也称 为喷雾锥角。 喷嘴出口处的燃料细油滴组成雾化锥， 喷出的雾化气流不断卷吸炉内高温气体并 形成扩展的气流边界。
2 2 ( v v ) d ( v v ) 作用于液滴表面的外力 g l g g 1 l g Weg 液滴内力
g 气体密度（kg/m ） vl、vg 液体、气体速度（m/s） 液体表面张力（N/m） dl 液滴的直径（m）
3
d1
上式表明，燃烧室中的压力增高、相对速度增加以及液体的 表面张力系数减小，均对雾化过程有利。
4. 喷雾射程
喷雾射程指水平方向喷射时，喷雾液滴丧失动能时所 能到达的平面与喷口之间的距离。雾化角大和雾化很 细的喷雾炬，射程比较短；密集的喷雾炬，由于吸入 的空气量较少，射程比较远。一般射程长的喷雾炬所 形成的火焰长度也长。
液体燃料的燃烧方法
液体燃料的燃烧方法液体燃料燃烧时，一般不发生液相反应，它通常是蒸发成为燃料的蒸气，然后蒸气和氧气发生反应而实现燃烧。
因此，根据蒸发方法不同而有如下的燃烧方式：（1）液面燃烧液面燃烧是一种依靠热辐射和热对流原理从附近火焰传热到液面，使液体燃料蒸发，然后在液面的上部进行扩散式燃烧，如煤油的釜式燃烧图5-28就属此种方式。
图5-28 釜式燃烧图5-29 灯芯燃烧(2)灯芯燃烧灯芯燃烧是一种依靠灯芯将燃料从下面的液体燃料贮藏器中吸到灯芯的顶部，并在灯芯的表面蒸发，然后进行扩散式燃烧，如常用的煤油灯燃烧和煤油炉燃烧就属此种燃烧方式(图5-29)。
(3)蒸发燃烧蒸发燃烧是—种利用一部分燃烧热量使液体燃料在蒸发管中受热而蒸发，然后象燃气一样和空气混合进行燃烧的方式。
如燃气轮机的蒸发式燃烧器及加压式燃烧器的燃烧方式就属此类。
图5-30为液体燃料的蒸发燃烧机理示意图。
图5-30 蒸发燃烧(4)喷雾燃烧喷雾燃烧是用喷雾器把液体燃料雾化成无数的直径为几微米至几百微米的微小油滴，然后和空气或氧气混合进行燃烧。
在燃烧过程中，它包含着液体燃料的雾化、喷雾和空气 (或氧气)的混合、油滴的蒸发和燃烧等单元过程所组成。
如柴油发动机和燃油锅炉的燃烧方式就属此类。
图5-31为喷雾燃烧机理示意图。
喷雾燃烧的燃烧工况与燃烧装置大小、所用燃料种类、雾化和混合的方法等有关，通常有以下四种燃烧工况：1)雾化好、油滴小、燃烧用的一次空气量多由于油滴小、蒸发快，而且一开始就有充足的空气量混合进去，故有着和气体燃料预混合燃烧器相类似的燃烧过程。
2)雾化好、一次空气量少仅管油滴的蒸发是快的，但因一次空气量不足，故有着和气体燃料扩散式燃烧相类似的燃烧过程。
3)雾化差、油滴大，一次空气量多由于有充足的空气，整个燃烧过程主要取决于油滴的蒸发速度，而油滴的蒸发快慢除与油滴大小有关外，还取决于液体燃料的种类和特性。
4)雾化差、一次空气量又少此种情况中，油滴的蒸发速度以及从周围的空气的扩散这两个因素同时对燃烧过程起着支配作用。
燃烧理论与基础 06第六章 液体燃料燃烧
目前，乳化燃烧技术在我国已进入工业应用阶段。 东方锅炉厂于2003年自主开发设计制造了世界上首 台专门燃用奥里乳化油的600MW亚临界自然循环电 站锅炉，已在湛江中粤能源有限公司成功投入商业 运行，目前有两台奥里乳化油锅炉投运。奥里油是 产于委内瑞拉诺科河地带的一种超重原油，常温下 粘度大，流动性差，储存与运输困难。奥里乳化油 是70%左右的奥里超重原油添加30%左右的水，再 加上0.3%~0.5%的表面活性剂，形成的一种水包油 型乳化油。
三、雾化性能参数
一般可用一些特性参数来表征喷嘴的雾化性 能。即雾化气流（或称雾化锥）中液滴群的 雾化细度、雾化气流的扩张角度（雾化角）、 雾化气流的流量密度分布、射程及流量等。 其中雾化细度、雾化角和流量密度分布较常 用。
1、雾化细度
雾化气流中液滴大小各不相同，液滴直径越 小则总表面积越大，蒸发、混合及燃烧速度 也就越快。
2
相对静止环境中液滴完全蒸发所需的时间τ0为：
d 02 0 K
K 8 g ln1 B cp 4qm d 0
称为直径平方－直线定律。
3、强迫气流中液滴蒸发的折算薄膜理论
把液滴周围不规律的边界层折算成理想情况 下的均匀边界层，只是折算的薄膜半径与理 想情况不同。
dm
m d m
i i
i
（2）索太尔平均当量直径dsmd
d smd ni d i3
ni d i2
2、雾化角
喷嘴出口处的燃料细油滴组成雾化锥（见图 6-7），喷出的雾化气流不断卷吸炉内高温气 体并形成扩展的气流边界。
图6-7 雾化锥示意图
图6-8 雾化角
有出口雾化角和条件雾化角之分。 （1）出口雾化角。在喷嘴出口处作雾化锥外边 界的切线，切线的夹角即为出口雾化角α，可 用α或2α表示其大小。
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。
液体燃料完全燃烧放出热量的公式
液体燃料完全燃烧放出热量的公式液体燃料的完全燃烧可不是个简单的事儿，听起来就像是烧水那么简单，但其实其中的学问可不少。
大家都知道，燃料一旦点燃，哇哦，那可真是个大场面！想象一下，火焰呼啸而出，热量像火箭一样蹿上天，给我们带来温暖，真是让人热血沸腾。
不过，咱们要知道，这背后可藏着一整套公式和计算。
液体燃料在燃烧时，释放的热量可以通过一个公式来计算。
这个公式就像是一把钥匙，能打开能量的宝藏！具体来说，咱们常用的公式是Q = m * ΔH，其中 Q 代表释放的热量，m 是燃料的质量，ΔH 是燃料的焓变。
听起来复杂？其实不然，就像炒菜一样，材料搭配得当，才能做出美味佳肴。
咱们得聊聊燃料的质量。
燃料的质量越大，释放的热量自然也就越多。
想象一下，你去烧烤，肉多了，火自然也旺。
这就像是液体燃料，量大才会热闹。
焓变这个东西，听上去高大上，实际上就是燃料在完全燃烧时所能释放的热量。
不同的燃料焓变可是不一样的，像是汽油、柴油、酒精，各有各的特点。
大家可能会问，燃烧过程中发生了什么呢？液体燃料在燃烧时，分子之间的碰撞不断，释放出热量和光。
这就好比你在派对上，随着音乐的节拍，大家都兴奋地跳起来，热量瞬间在空气中传播。
别小看这热量，它可是我们日常生活的基础，没了它，咱们可就得穿上厚厚的棉衣，瑟瑟发抖了。
再来说说燃料的效率。
有些燃料燃烧得特别干净，释放的热量也特别多，这种燃料就像是天上掉下来的馅饼，能让你笑到最后。
而有些燃料则不那么给力，燃烧时不仅热量少，还容易产生废气，简直就是“拖后腿”的典范。
所以，选择合适的燃料，就像挑选朋友，得有眼光。
在液体燃料的世界里，科学和生活密不可分。
我们的车子、飞机，甚至是家里的热水器，都是依赖这些燃料运转的。
想象一下，没有了燃料，生活会变得多无趣，可能连咖啡都要用手摇了。
对吧？所以，燃料的燃烧不仅关乎热量，还关乎我们的生活质量。
不仅如此，随着环保意识的增强，大家也越来越关注燃料的可持续性。
采矿专业燃烧学—第5章1
扩散系数愈大，蒸气的扩散速率愈大，液体蒸发 性越高。
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
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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℃
－
－
－
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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。
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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
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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)
V=π/6·ΣNidi3 F=πΣNidi2 dSMD=V/F
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
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
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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
燃烧学第六章
将上式改写，自液滴表面（r0和T0）到火焰锋面（r1和Tr） T r dr 积分 dT
r
T0
4
C p T T0 H
1
r0
r2
Cp 4 Tr T0 qm ln 1 1 1 H Cp r r 0 1
2013-7-13
三 斯蒂芬流例题
2013-7-13
哈尔滨工业大学（威海）汽车工程学院
18
三 斯蒂芬流例题
2013-7-13
哈尔滨工业大学（威海）汽车工程学院
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6.2 液滴的蒸发
2013-7-13
哈尔滨工业大学（威海）汽车工程学院
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一、静止气流中的油滴特点 6.2 液滴的蒸发
2013-7-13
哈尔滨工业大学（威海）汽车工程学院
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哈尔滨工业大学（威海）汽车工程学院
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三、油雾的燃烧规律 6.4 液雾燃烧
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哈尔滨工业大学（威海）汽车工程学院
40
四、液体的雾化 6.4 液雾燃烧
• 雾化液体燃料的原因 – 增加液滴进行反应的比表面积，增强与氧气的混合， 强化液体燃料燃烧 • 雾化定义 – 靠外界作用将连续的液流破碎成雾状的油液滴群的 过程 • 雾化原理 – 介质雾化：空气、蒸汽以一定的压力，高速冲击油 流，使其雾化。 – 机械雾化：油流高速旋转，脉动而破裂，同时与介 质作用，加强雾化。
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哈尔滨工业大学（威海）汽车工程学院
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五、强化油燃烧的途径
• 加强雾化，减小油滴直径，选用合适的雾化器 • 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 • 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 • 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 – 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 – 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
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23
四、除杂质
喷口直径小<1mm
堵塞
杂质、机 械杂质
磨损
Байду номын сангаас滤清装置
结垢
24
第四节
常用燃油烧嘴
燃油烧嘴：液体燃料的燃烧器
要求: 一定的燃烧能力(热负荷) 雾化质量好 空气与油雾混合良好 调节油量性能良好 燃烧稳定、火焰形状、长度符合要求 结构牢靠，自动调节控制，维修方便
25
一、气体介质雾化式油烧嘴
2. 压力式（机械式）雾化：依靠液体的压力高速喷入空气中 或以旋流方式使液体加强搅动， 使液体雾化。
11
二、油雾炬的特性参数
油雾炬——油雾化后形成颗粒群的轨迹轮廓 （1）油粒直径 直径不均匀，有直径分布，最大直径，平均直径dm
中间直径法（d50）
是一个假定液滴的直径，即液雾中大于或小于这一直径的两部分 液滴的总质量相等。
微分表示法
将直径在d和d＋Δd之间的所有液滴的质量占全部液滴总质量的百分 数表示成液滴直径的函数。
16
第三节 雾化燃烧的组织
雾化燃烧组织过程：
雾化
蒸发
混合
着火
正常燃烧
处理燃烧过程：保证充分、合理燃烧 良好的雾化状况 强化混合
稳焰措施
除杂质
17
一、确保良好的雾化状况－－正常燃烧的前提
基本原则——减小燃油的内力和加大外力
1.过程：
破碎 雾化器 液体 小液滴 悬浮 边蒸发边燃烧
燃料的蒸发表面积增加 上千倍
燃烧速度加快
2.关键问题：－－雾化 （1）雾化方式：据液体燃料的蒸发性定 （2）易蒸发的液体－－汽化器 不易蒸发的液体－－喷嘴雾化
汽油
柴油
5
六、雾化燃烧－－重点
（3）汽化器原理图 喉 部 流速大 进气管 高速气流 冲散油股
18
一、确保良好的雾化状况－－正常燃烧的前提
1. 油温
提高油温可降低粘度和表面张力，改善雾化质量
2. 雾化剂压力与流量
提高压力，喷出速度增加，颗粒平均直径减小。 低压烧嘴，雾化剂流速不大，需要雾化剂多；当雾化剂量少 时，影响雾 化质量；高压时，对雾化影响不大，需雾化剂单位耗量稍小些。
3. 油压力
对于机械雾化，油压越高，油流的速度越大，雾化质量越好。
索太尔平均直径法（dSMD）
设在特定的液滴群中的滴数为N0 ，且所有液滴的直径都等于
dSMD，而这些液滴的总体积与总面积之比正好等于实际液滴群的总
体积与总面积之比。
12
二、油雾炬的特性参数
（2）雾化角
出口雾化角
在喷嘴出口处作雾化炬外边界的切线 所得到的锥角。
条件雾化角
以喷嘴出口中心为圆心，以设定长度L为 半径画的圆弧与雾化炬边界相交，圆心与两交 点连线的夹角
10
一、雾化机理、过程和方法
雾化方法（能量来源）
1. 气体介质雾化：由雾化剂介质（空气、 蒸汽、氧气、煤气）
的能量提供外力。 气力雾化过程中使用高速气流来雾化相对低速的液体燃 料，当在气间形成液膜越薄，雾化效果越好。雾化介质一般 是压缩空气和蒸汽，从雾化角度，两种气体无明显区别。从 燃烧效率的角度，空气优于蒸汽。
结构：空气导管 油导管 烧嘴喷头 调节机构 喷头形式： 直流式 旋流式
26
1. 低压空气雾化油烧嘴
雾化剂：鼓风机供给的空气 特点：烧嘴前的风压较低； 雾化剂的量较大；
过量空气系数较小。
27
（1）直流套管式油烧嘴
结构简单， 调节较方便， 油阀不易实现微量调节， 空气与燃油混合不好， 移动套管要求加工精密。
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。
1
第一节
液体燃料的燃烧特点
雾化燃烧
二、液体燃料燃烧形式分类 根据液体燃料蒸发与汽化的特点 ，分为 液面燃烧 灯芯燃烧 蒸发燃烧 三、液面燃烧 1.燃烧过程： 液面燃烧是直接在液体燃料表面上发生的燃烧。
热源或火源
大——火焰张角大，火焰短粗 小——火焰张角小，火焰细长 当喷嘴直径和喷射压力增加时，喷雾炬的雾化角增加，这是由于较
大的雷诺数在紧靠喷口附近的下游处引起了较大的湍流度的缘故。
13
二、油雾炬的特性参数
（3）燃料的流量密度分布
单位时间内通过与燃料喷射方向相垂直的单位截面上燃
油质量沿半径的分布规律。
如图，油通过空心轴进入一个高速旋转(3000~6000转/分)的旋转杯的内壁。 在离心力的作用下，油从旋转杯的四周甩出。由于甩出速度很高，使油雾化。 在旋转杯四周还有一股由一次风机鼓进的高速气流，同时促进雾化。
37
转杯式燃烧器
适用燃料：煤油、柴油、 重油、渣油、废油、污油 输出功率：766KW－ 21825KW 适用锅炉出力：1T-30T 英国技术
20
二、强化油雾与空气的混合
液体燃料：可燃分含量大－－空气量大
混合、良好雾化
1.早期混合：
燃油刚喷出喷嘴后，在喷嘴周围的混合。
及时燃烧－－早期混合良好（尽短、尽快） 未及时燃烧，热分解－－炭烟 控制空气流扩张角 过小：不利于油雾分散、混合 过大：空气流远离油雾流、不易混合 恰当：使空气流穿透油雾流－－开始扩张、混合良好
灯芯
容器
蒸汽
燃烧功率小、适用于家庭、小规模燃烧器（煤油灯、煤油炉）
3
五、蒸发燃烧
1.类似于气体燃料燃烧 ：燃料蒸发－－象气体燃料燃烧 2.过程
管道
液体燃料 蒸发 蒸汽 高温烟气 管道 气体 燃烧
放热
加热
3.适用燃料： 粘度不太大 沸点不太高 轻质液体燃料 在工程中有一定应用
4
六、雾化燃烧－－重点
14
二、油雾炬的特性参数
（4）喷雾射程
喷嘴水平喷射时，油雾液滴丧失水平方向动能的行程。 不同直径油粒的射程也不同。射程取决于轴向速度和颗 粒度。射程的大小影响火焰长度。
15
二、油雾炬的特性参数
（5）雾化均匀度
积分表示法
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。
特点： （1）结构简单，体积小 （2）雾化剂速度大，雾化质量好 （3）混合稍差，火焰长 （4）调节性能好 （5）必须强鼓风
31
（1）套管式高压雾化油喷嘴
雾化好，混合差， 火焰长
32
（2）旋流式高压油喷嘴
烧嘴雾化剂喷头有旋流叶片，混合好、火焰短
33
（3）高压内混式油喷嘴
混合室距离较长，雾化剂以高速与油相遇，雾化良好。 喷口油雾不受热辐射，不易造成裂化而堵塞喷口。
辐射和对流
液体燃料容器
着火温度
受热
液体表面 受热蒸发 一定浓度 可燃混合气 液面上方的燃料蒸汽增加 周围空气 燃烧
2
第一节
未燃烧
重质燃料
液体燃料的燃烧过程
2.特点 燃烧状况不好，将导致燃料严重热分解
污染、冒黑烟 火灾
油罐火灾、海面浮油火灾等
四、灯芯燃烧
吸附
工程燃烧中不宜采用该燃烧方式
灯芯表面
燃油 燃烧
六、雾化燃烧－－重点
燃油和空气分别进入燃烧室（类似扩散燃烧），边混合边燃烧
雾化装置复杂，用于工业窑炉和锅炉等固定式燃烧设备
7
3.雾化质量
（1）雾化良好
越细 油滴越多
总面积越大
蒸发越快
（2）雾化质量差：不利于燃烧 有利于气相燃烧 点火困难－－航空发动机 热解、积炭、火焰长 浓度场不均－－不稳定燃烧 雾化质量差－－无法正常燃烧 （3）雾化不是越细越好：穿透力小－油雾密集在喷嘴附近 －局部富油－浓度场不均－雾化消耗能量大－不经济 （4）理想的雾化质量 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
28
（2） 比例调节式低压油烧嘴
29
（3）旋流式低压油喷嘴
雾化好，有空气涡流叶片，空气与油流交角大（7090°），火焰张角大，中心负压区高温烟气回流，连 续点火热源，燃烧稳定。
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2. 高压气体雾化油烧嘴
用压缩空气（0.3-0.7MPa）、氧气、蒸汽或高压煤 气作雾化剂，但高压气体膨胀后会降温，使油粘度 变大，不利雾化。用过热蒸汽、预热压缩空气较好， 但蒸汽过多，影响加热质量。
吸入汽油
边蒸发边流动 燃 烧 室 混合良好
小雾滴
燃烧
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（3）喷嘴雾化－－难蒸发
油雾边缘易混合 难蒸发液体燃料的物理 中心难混合 性能差别很大。 通过喷嘴使油雾化， 例如轻柴油、煤油的粘 油的颗粒不均匀， 度不太大，较易雾化， 从几 到500 。 雾化装置简单。属优质 大颗粒容易产生大的 燃料，移动式发动机 烟粒与焦粒。 (例如柴油机、燃气轮 机等)油颗粒燃烬时间 。 重油和渣油是石油炼制 与颗粒直径平方成正 过程中的残余物，粘度 比。 大、杂质多，常温为固 态，先预热，雾化难，
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机械压力式燃烧器
适用燃料：轻柴油、重柴 油、重油
输出功率：42KW－ 5900KW
适用锅炉出力：0.25T-6.6T
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蒸汽雾化式燃烧器
适用燃料：柴油、重油、 渣油、废油、污油 输出功率：3500KW73000KW
适用锅炉出力：5T-60T
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对于气体介质雾化式，油压不宜过高，速度太高不利雾化；但油压应高 于气雾剂反压力，否则油喷不出。
4. 烧嘴结构
雾化剂 / 油的出口面积、夹角、旋转度、孔数、孔形状等等，要实际试 验，还要考虑制造、油嘴堵塞等问题。
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二、强化油雾与空气的混合
油雾与空气两股混合。 强化混合措施： 1. 加大流速 2. 两股交角喷射 3. 空气呈旋转气流 4. 空气分两次送入 5. 油雾化细而均匀 燃烧过程，稳定与强化燃烧 1. 改善雾化质量 2. 供给适量空气，强化空气与油雾的混合 3. 保证点火区和燃烧室的高温