液体燃料的燃烧

•液体燃烧不同于固体燃烧的异相化学反应,只能在表面蒸 发, 并在离液滴表面一定距离的火焰面上燃烧,液体表面 无火焰,内部无火焰。 •液体燃料燃烧时,如果缺氧,会产生热分解
如何防止和减轻高温下燃料油的热裂解？ （1）以一定的空气量从喷嘴周围送入，防止火焰根部高温、 缺氧而产生热裂解。 （2）使雾化气流出口区域的温度适当降低，即使产生热裂 解，也能形成对称性的分解产物。 （3）使雾化的液滴尽量细。达到迅速蒸发和扩散混合，避 免高温缺氧区的扩大。


介质压力：介质压力高，冲击力强，脉动大，雾化好
雾化喷嘴：喷嘴小，油膜薄，雾化好
旋转强度：旋转强，油膜薄，雾化好
油性质：粘度小，雾化好（油温高，粘度小）
三、液体的雾化


雾化指标
雾化细度 质量平均当量直径 索太尔平均当量直径 上式中 δ i---液滴粒径 mi---直径为δ i液滴对应的质量 ni---直径为δ i液滴对应的个数
三、液体的雾化

雾化角 出口雾化角：在喷口处做雾化锥外边界线,两切线间夹角的 一半为出口雾化角。 条件雾化角：以喷口中心线为圆心,距离r为半径作弧,与雾 化锥边界线有两个交点,连接喷口中心线与两个交点获得 两个连线,这两条连线的夹角的一半称为条件雾化角。
雾化喷嘴
（a）离心式机械雾化喷嘴 它也叫做离心式喷嘴。机械雾化喷嘴有很多种型式，图 5-37所示是应用最广泛 的切向槽式简单机械雾化喷嘴。如 图所示，它的主要零件是分流片3、旋流片2和雾化片1。油
第四章
液体燃料的燃烧
4.1 液体燃料燃烧的特点
一、燃烧方式
（1） 预蒸发型燃烧 • 燃料进入燃烧空间之前蒸发为油蒸气，以不同比例与空气混 合后进入燃烧室中燃烧。例如：汽油机装有汽化器，燃气轮 机装有蒸发管。 • 此燃烧方式与气体燃料燃烧原理相同。 （2）喷雾型燃烧 • 把液体燃料通过喷雾器雾化成一股由微小油滴组成的雾化锥 气流，在雾化的油滴周围存在空气，当雾化锥气流在燃烧室 被加热，油滴边蒸发，边混合，边燃烧。 • 动力行业多采用此种燃烧方式。
雾化过程：
液体由喷嘴流出形成液柱或液膜；由于液体射流本身 的初始湍流以及周围气体对射流的作用（脉动、摩擦等）， 使液体表面产生波动、皱褶，并最终分离为液体碎片或细 丝；在表面张力的作用下，液体碎片或细丝缩成球形液滴； 在气动力作用下，大液滴进一步碎裂。
三、液体的雾化


影响雾化的因素
油本身压力：油压高，流出速度高，雾化好
⑥ ⑦
4.2 单个液滴燃烧模型

另一方面，液滴燃烧过程中直径不断减小
联立后得到
燃尽时间 或者改写成
4.2 单个液滴燃烧模型

上式称为液滴燃烧的直径平方－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:
雾化质量是控制燃烧的首要关键
讨论：
①
② ③ ④
⑤
Cp↓,λ↑→k↑ ，气体导热性能好，燃烧更快。
H↓→k↑ ，油的气化潜热少，燃烧更快。 Tr↑→k↑ ，燃烧环境温度高，燃烧更快。 T0↓→k↑ ，油的饱和温度低，燃烧更快。 D↑→k↑ ，湍流传质能力强，燃烧更快。 C∞↑→k↑ ，环境氧浓度高，燃烧更快。 β↓→k↑ ，单位耗氧量低，燃烧更快。
4.3
液雾的燃烧
工程上液体燃料的燃烧是一群粒度不同的液
滴组成的液雾在燃烧 有必要掌握液雾燃烧的基本概念 了解液雾燃烧过程中配风的基本原则
燃油雾化现象
燃油雾化现象
一、液雾燃烧的特点

液滴大小不均匀； 液滴有一定速度，处于强迫流动； 除导热外，还有对流换热，温度高时还有辐射换热； 液滴内温度较低，表面温度未达到饱和温度，升温吸热不能 忽略； 液滴强烈蒸发，燃烧，在界面上产生向外的质量流，斯蒂芬 流，不能忽略； 液雾燃烧时，液滴相互靠近，互相传热，同时妨碍氧气扩散， 一般使燃烧速度变慢； 小液滴易燃尽，大液滴不易燃尽；
二、喷雾型燃烧的特点
•液体燃烧的沸点低于着火温度,先蒸发后燃烧,总是燃烧其蒸气。 •燃烧过程分为三步: -蒸发：较慢 -混合：油蒸汽与氧相互扩散,较快 -燃烧：速度高 油燃烧速度取决于最慢的蒸发速度 •加速液体燃料燃烧过程的基本措施 （1）加速液体燃料的蒸发过程 （2）加速液体燃料与空气的混合过程 （3）防止或减少液体燃料化学热分解
4.2 单个液滴燃烧模型
•液滴燃烧时间和液滴尺寸的关系
r1 dr dT T0 4 C p (T T0 ) H qm r0 r 2 Tr
4.2 单个液滴燃烧模型
• 假设火焰锋面之外有一个半径为r的球面,氧从远处通过这 个球面向内扩散的数量等于火焰锋面上所消耗的氧量。
4.2 单个液滴燃烧模型
二、油雾的燃烧规律

轻油基本符合直径平方－直线定律 重油燃烧时首先受本符合直径平方－直线定律关 系。
三、液体的雾化
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。 雾化过程及机理 – 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。
首先通过分流片的几个小孔会合到一个环形槽中，然后经
过旋流片的切向流入旋流片中心的旋流室，油在旋流室中
高速旋转，最后从雾化片的喷口喷出，并雾化成细滴。有
的喷嘴中旋流片和雾化片是合成一体的。
（b）转杯式机械雾化喷嘴
如图5-38所示，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
4.2 单个液滴燃烧模型
单个液滴的燃烧模型,假设： 液滴为均匀对称球体; 液滴随风飘动,与空气间无相对 运动; 燃烧非常快 ,火焰面薄; 火焰温度高,向内向外同时传热, 液滴表面温度接近饱和温度,燃 烧温度等于理论燃烧温度; 忽略对流与辐射换热； 忽略液滴周围的温度场不均匀 对热传导和扩散系数的影响; 忽略斯蒂芬流；