气体燃料燃烧

燃
任意截面及出口截面上射流的质量流量为：
料
? m x ?
? ?u(r) ?2?rdr
0
燃 烧
m
0
?
?
4
d
2 0
?
0u0
? m e ? m x ? m 0 ?
? 0
?u(r) ?2?rdr?
?
4
d
2 0
?
0
u
0
第二节 射流流动 第 七 三、其它形式的射流 章 矩形射流
气
2b0
体
燃
料
燃
烧
矩形射流的扩张角较小，参数沿轴向的变化较慢；
气 体 燃 料 燃 烧
第二节 射流流动 第 七 三、其它形式的射流 章 交叉射流
气 体 燃 料 燃 烧
第二节 射流流动 第 七 三、其它形式的射流 章 旋转射流
气 体 燃 料 燃 烧
第二节 射流流动 第 七 三、其它形式的射流 章 旋转射流－旋流数
气 体 燃
S ? G? G xR
S＞0.6为强旋流 S＜0.6为弱旋流
? ? ? ph ? ? ch
燃 料
? ph ?? ? ch 扩散燃烧或扩散火焰
燃 ? ph ?? ? ch 动力燃烧或动力火焰 烧
? ph ? ? ch 扩散－动力燃烧
第二节 射流流动
第
七 ? 射流分类
章
根据射流环境： 自由射流 与受限射流
气
直流射流 与旋转射流
体
根据射流结构： 平行射流 与相交射流
m s ? 0, m s ? m e
ms? me
ms?0
第三节 扩散火焰结构 第 七 一、扩散火焰结构 章
层流扩散火焰
气 扩散火焰 体 燃 料 燃 烧
质量扩散以分子扩散的方式实现
湍流扩散火焰
质量扩散以气团扩散的方式实现
第三节 扩散火焰结构 第 七 一、扩散火焰结构 章 层流扩散火焰
气
火焰面必定在燃
气
通过动量方程及能量方程求近似解：
体 燃 料
H
l
?
u
0
d
2 0
48v? lY0?
燃
当管径小于10mm，近似公式：
烧
H l ? a1? I
修正系数
热负荷
第三节 扩散火焰结构
第
七 三、扩散火焰的特点
章
? 扩散火焰不产生回火，但温度低
? 扩散燃烧容易产生碳氢化合物的热分解
气 体 燃 料 燃 烧
人工煤气扩散火焰
体
?可实现无焰燃烧
燃 料
?容易回火
燃
烧
火道燃烧室（无焰燃烧）
第四节 预混火焰结构
第
七 ? 预混火焰防止回火的措施
章
? 使预混气体在燃烧室入口处的速度分布均匀。为此
可将喷头制成收敛形，且表面光滑。
气
体 燃
? 燃烧含有杂物的气体燃料时，应设有清除污垢的装 置，避免破坏局部流场。
燃
环形射流 与同轴射流
料
燃
根据射流喷嘴： 平面射流 与圆形射流
烧
根据射流流动： 层流射流 与湍流射流
第二节 射流流动 第 七 一、圆形湍流自由射流 章
气 体 燃 料 燃 烧
第二节 射流流动 第 七 一、圆形湍流自由射流 章 初始段
气
O－C－O为射流核心，核 心区内速度、浓度等与出
体
口处相同，长度约4~5d0
燃 第七章 气体燃料燃烧
料
与 燃
要求：了解不同射流流动的特征，掌 握扩散燃烧与动力燃烧的概念、结构 及特性，了解气体燃料燃烧器的工作
烧
原理与设计方法。
第一节 扩散燃烧与动力燃烧
第
七 ? 扩散燃烧与动力燃烧
章
气体燃料燃烧所需的全部时间通常包括两部分：
气体燃料与空气混合所需时间和燃烧反应所需时间。
气 体
气 湍流扩散火焰
体 燃
Cm ? C0
0.70 2ax
（湍流自由射流）
料
d 0 ? 0.29
燃 烧
Cm C0 ?Cm
?
1 V0
Cm C0
?
V
1 0?
1
湍流扩散 火焰高度与管
? ? xh
?
d0 2a
0.70(1 ? V
0 ) ? 0.29
径成正比，与 初始速度无关
第三节 扩散火焰结构 第 七 二、扩散火焰高度 章 层流扩散火焰
体 料与空气按照化学恰
燃
当比混合的位置上：
料 燃
焰面外侧：空气＋燃烧产物
烧 焰面内侧：燃料＋燃烧产物
焰面：燃料与空气的理论浓度为零
第三节 扩散火焰结构 第 七 一、扩散火焰结构 章 湍流扩散火焰
气 体 燃 料 燃 烧
第三节 扩散火焰结构 第 七 二、扩散火焰高度 章 确定扩散火焰高度即寻找火焰锋面与轴心线相交的位置。
料
R
R
燃
G x ? ?0 u?u2?rdr? ?0 p2?rdr ? const.
烧
R
? G ?
?
(wr )?u2?rdr ? const.
0
第二节 射流流动 第 七 三、其它形式的射流 章 旋转射流
气 体 燃 料 燃 烧
第二节 射流流动 第 七 三、其它形式的射流 章 受限射流
气 体 燃 料 燃 烧
或
u ? f(r/ b) um
燃
同样，当喷射流体与周围介质性质不同或温度不
料
同时，自模段的温度场和浓度场也具有相似性，即：
燃
烧
C ?C? Cm ?C?
?
f1 (r/ b)
T ? T? Tm ? T?
?
f2 (r / b)
第二节 射流流动 第 七 一、圆形湍流自由射流 章 自模段的特性：
气
实际上，b与x成正比：
人工煤气预混火焰
第四节 预混火焰结构
第
七 ? 预混火焰
章
一次空气不足时，出现内外两个火焰锥面；
气 体 二次空气 燃 料 燃 烧
一次空气
内、外锥的高度：
H in ? a2 A0q0
H
out ?
a3a4 A0q0 d0
第四节 预混火焰结构 第 七 ? 预混火焰的特点
章
?放热强度大，火焰温度高
气
?燃烧室长度短
燃 料
自模段
燃
x/d0＞8~10，射流的无因次参数分布与x/d0无关。
烧 过渡段
初始段与自模段之间，可忽略。
第二节 射流流动 第 七 一、圆形湍流自由射流 章 自模段的特性：
气 体 燃 料 燃 烧
第二节 射流流动 第 七 一、圆形湍流自由射流 章 自模段的特性：
气 体
u um
?
f(r / r1/ 2 )
矩形射流的吸卷量小于圆形射流的吸卷量。
第二节 射流流动 第 七 三、其它形式的射流 章 平行射流
气
体
燃
料
燃
射流与外流间的速度梯度减小，混合减缓，射流
烧
张角、速度Fra Baidu bibliotek浓度沿轴向的变化率随之减小。
第二节 射流流动 第 七 三、其它形式的射流 章 环状射流
气 体 燃 料 燃 烧
第二节 射流流动 第 七 三、其它形式的射流 章 同轴射流
体
u ? f(r/ x)
燃
um
料 燃
C ?C? Cm ?C?
?
f1 (r / x)
烧
T ? T? Tm ? T?
?
f2 (r/ x)
第二节 射流流动
第
七 二、射流的吸卷及吸卷量的计算
章
射流向前运动时，由于横向的速度脉动及粘性，
与周围介质产生动量交换，带动周围介质运动，使射
气 体
流的质量沿流向逐渐增加，这种现象称为射流的吸卷 或引射。