燃料与燃烧02Stillwatersrundeep.流静水深流静水深,人静心深人静心深Wherethereislife,thereishope。有生命必有希望。有生命必有希望 燃燃 料料 与与 燃燃 烧烧 第三篇 燃烧基本原理 第八章 燃烧反应速度和反应机理第三篇第三篇 燃烧基本原理燃烧基本原理n n燃料燃烧过程：煤块燃料燃烧过程：煤块/ /油滴油滴/ /燃气燃烧过程燃气燃烧过程n n燃烧是复杂的物理化学过程燃烧是复杂的物理化学过程三传一反：三传一反： 动量传递（流动）动量传递（流动） 热量传递热量传递 质量传递（扩散）质量传递（扩散） 化学反应化学反应 = = 混混 + + （ 热热 + + 反反 ） = = 扩扩 + + 反反 第八章第八章 燃烧反应速度和反应机理燃烧反应速度和反应机理n n燃烧的基本分类：燃烧的基本分类： （1 1）动力燃烧动力燃烧（动力学控制，（动力学控制，预混燃烧预混燃烧）：）： 反反 扩扩 （2 2）扩散燃烧扩散燃烧 （扩散混合控制）：（扩散混合控制）： 扩扩 反反 （3 3）中间燃烧：）中间燃烧： 介乎两者之间，介乎两者之间， 扩扩 与与 反反 相当。相当。n n其它分类：其它分类： 按燃料：气按燃料：气 / / 液液 / / 固体燃料燃烧固体燃料燃烧 按气体流动方式：层流按气体流动方式：层流 / / 紊流紊流 / / 过渡燃烧过渡燃烧 按反应物物态：均相按反应物物态：均相 / / 异相燃烧异相燃烧 按固体床层：层状燃烧（固定床）按固体床层：层状燃烧（固定床） 沸腾床燃烧沸腾床燃烧 粉煤燃烧（气流床）粉煤燃烧（气流床）第八章第八章 燃烧反应速度和反应机理燃烧反应速度和反应机理n n1 化学反应速度n n一、化学反应速度一、化学反应速度 单位时间内单位时间内反应物浓度反应物浓度的变化：的变化： W = W = dC / d dC / d （ kMol / m kMol / m3 3 s s） CO + H CO + H 2 2O = COO = CO2 2 + H + H2 2 W = W = dCdCCO2CO2 / d / d = dC= dCH2H2 / d / d = - dC = - dCCOCO / d / d = - dC= - dCH2OH2O / d / d 第八章第八章 燃烧反应速度和反应机理燃烧反应速度和反应机理n n C + OC + O2 2 = CO = CO2 2 化学反应速度：化学反应速度： W = KCW = KCn n 反应级数反应级数 n n ； 反应速度常数反应速度常数 K K 阿伦尼乌斯定律阿伦尼乌斯定律： K= K K= K0 0 exp exp（ E / RT E / RT） 频率因子（指前因子）频率因子（指前因子）K K0 0 ； 活化能活化能 E E； 通用气体常数通用气体常数 R R。第八章第八章 燃烧反应速度和反应机理燃烧反应速度和反应机理n n二、影响化学反应速度的因素二、影响化学反应速度的因素 W = KW = K0 0 exp exp（ E / RT E / RT）C Cn n 1. 1. 温度温度 T T 温度升高，反应速度加快；到一定温度温度升高，反应速度加快；到一定温度 （10000 10000 K K）后，增加缓慢）后，增加缓慢 2. 2. 活化能活化能 E E 反应本身固有性质；反应本身固有性质；E E 高，难于反应高，难于反应 3. 3. 反应物浓度反应物浓度 C C 浓度高，反应速度加快浓度高，反应速度加快（与（与反应级数反应级数 n n 有关）有关） 4. 4. 反应物分压反应物分压 分压大即分压大即 p p浓度高，反应速度也加快浓度高，反应速度也加快 5. 5. 反应级数反应级数 n n 由化学反应本身决定由化学反应本身决定 第八章第八章 燃烧反应速度和反应机理燃烧反应速度和反应机理n n2 可燃气体的燃烧反应机理n n一、链锁反应机理一、链锁反应机理 H H2 2 + O + O2 2 = H = H2 2O O 氢燃烧反应氢燃烧反应 反应过程中有中间活性产物（反应过程中有中间活性产物（活化中心活化中心），是自），是自由态原子或基团。活化中心能与反应物继续反应，由态原子或基团。活化中心能与反应物继续反应，生成产物的同时又产生新的活化中心。活化中心生成产物的同时又产生新的活化中心。活化中心具有高能量，反应时所需的活化能要低得多，使具有高能量，反应时所需的活化能要低得多，使得反应加快。严重时，甚至会发生爆炸。得反应加快。严重时，甚至会发生爆炸。链链锁反应锁反应第八章第八章 燃烧反应速度和反应机理燃烧反应速度和反应机理n连锁反应： 直链反应（不分支）： 链锁反应完成后，活化中心数不增加 支链反应（分支）： 链锁反应完成后，活化中心数增加。 支链反应的反应速率大大加快。第八章第八章 燃烧反应速度和反应机理燃烧反应速度和反应机理n二、氢的燃烧反应机理 H2 + 0.5O2 = H2O n1. 链的产生（形成活化中心） H2 + O2 2OH H2 + M 2H + M （ M 为活化分子，M 为惰性分子） O2 + O2 O3 + On2. 链的继续与支化（支链反应） H + O2 OH + O E = 75.4 kJ/Mol 控制反应 2OH + 2H2 2H2O + 2H E = 41.9 kJ/Mol O + H2 OH + H E = 25.1 kJ/Mol H + 3H2 + O2 2H2O + 3H 活化中心增加，反应速度加快第八章第八章 燃烧反应速度和反应机理燃烧反应速度和反应机理n3. 器壁断链（活化中心消失） 2H （碰器壁） H2 2OH（碰器壁） H2 O2 2O （碰器壁） O2n4. 空间断链 H + O2 + M HO2 + M O + O2 + M O3 + M O + H2 + M H2O + M 第八章第八章 燃烧反应速度和反应机理燃烧反应速度和反应机理n n感应期感应期 1 1 开始阶段，得到的能量用以产生活化中心，开始阶段，得到的能量用以产生活化中心，并不提高反应速度并不提高反应速度。 等温过程的等温过程的 绝热过程的绝热过程的 支链反应速度支链反应速度 支链反应速度支链反应速度燃烧反应的控制反应：燃烧反应的控制反应： H + OH + O2 2 OH + O OH + O 反应速度：反应速度： W = 10 W = 10-11 -11 T T1/2 1/2 expexp（ 7.54 7.54 10104 4 / RT / RT） C CH H C CO2O2第八章第八章 燃烧反应速度和反应机理燃烧反应速度和反应机理n n3 3 碳的燃烧反应机理碳的燃烧反应机理n n碳粒燃烧过程：扩散、吸附、反应、内扩散、气相反碳粒燃烧过程：扩散、吸附、反应、内扩散、气相反应、脱附应、脱附 一次反应：一次反应： C C的氧化反应的氧化反应 C + OC + O2 2 = CO = CO2 2 + 409 kJ/Mol + 409 kJ/Mol C C + 0.5O+ 0.5O2 2 = CO + 123 kJ/Mol= CO + 123 kJ/Mol 二次反应：二次反应： COCO2 2还原反应还原反应 C + COC + CO2 2 = 2CO 162 kJ/Mol = 2CO 162 kJ/Mol COCO氧化反应氧化反应 CO CO + 0.5O+ 0.5O2 2 = CO= CO2 2 + 286 kJ/Mol + 286 kJ/Mol 第八章第八章 燃烧反应速度和反应机理燃烧反应速度和反应机理n碳燃烧反应的三种观点： 1. 初次生成CO2 ，再还原成CO 2. 初次生成CO ， 再氧化成CO2 3. *初次同时生成CO2 、CO第八章第八章 燃烧反应速度和反应机理燃烧反应速度和反应机理 实验研究结果，多数认同第三种观点，即同时生成实验研究结果，多数认同第三种观点，即同时生成COCO2 2 和和CO CO （1 1）1200-1300 C1200-1300 C O O2 2在石墨晶格内在石墨晶格内溶解溶解：4 4C + 2C + 2O O2 2 = 4C = 4C 2 2（O O2 2）溶溶 固熔络合物固熔络合物 缓慢分解：缓慢分解： 4 4C C 2 2（O O2 2）溶溶 + + O O2 2 = 2CO= 2CO2 2 + 2CO + 2CO （控制反应）控制反应） 总反应：总反应： 4 4C + 3C + 3O O2 2 = 2CO= 2CO2 2 + 2CO + 2CO （1 1：1 1 ） 对于对于O O2 2是一级反应：是一级反应： WW1 1 = K = K1 1 p pO2 O2 expexp（ E E1 1 / RT / RT） （2 2）1600 C1600 C以上以上 O O2 2在石墨晶格上在石墨晶格上吸附吸附： 3 3C+2C+2O O2 2 = 3C = 3C 2 2（O O2 2）吸吸 分解反应：分解反应： 3 3C C 2 2（O O2 2）吸吸 = = COCO2 2 + 2CO + 2CO 总反应：总反应： 3C + 23C + 2O O2 2 = CO= CO2 2 + 2CO + 2CO （1 1：2 2 ） 对于对于O O2 2是是 0 0 级反应：级反应： WW2 2 = K = K2 2 expexp（ E E2 2 / RT / RT）第八章第八章 燃烧反应速度和反应机理燃烧反应速度和反应机理n n（3 3） 1300-1600 C1300-1600 C （实际情况）（实际情况） 兼有上述两种机理，兼有上述两种机理， O O2 2在石墨晶格内溶解生成固熔络在石墨晶格内溶解生成固熔络合物的同时，在晶格介面上被吸附。合物的同时，在晶格介面上被吸附。 CO CO2 2 ：CO CO 的比例介乎的比例介乎1 1：1 1 到到1 1：2 2 之间。之间。第八章第八章 燃烧反应速度和反应机理燃烧反应速度和反应机理n n4 燃烧过程中NOX的生成机理n n一、一、 NONOX X 的生成机理的生成机理 烟气中烟气中NONOX X来源于空气以及燃料中来源于空气以及燃料中N N，在高温下生成，在高温下生成，造成污染。造成污染。 NO NOX X NONO、 NONO2 2 、 NONO3 3 、 N N2 2O O 、 N N2 2O O3 3 、 N N2 2O O4 4 、 N N2 2O O5 5n n 1. 1. NO NO 生成机理（直链反应）生成机理（直链反应） N N2 2 + + O O = = NO + N NO + N N + ON + O2 2 = = NO + ONO + O N N2 2 + O+ O 2 2 = 2 = 2 NONO Q Q 第八章第八章 燃烧反应速度和反应机理燃烧反应速度和反应机理n n NO生成速度与O2 、N2浓度，温度有关。 当有水蒸气时，N + OH H + NO n2. NO2 生成机理 （ NO 的氧化） O2 + M = 2O + M NO + O + M = NO2 + M NO + HOO = NO2 + OH第八章第八章 燃烧反应速度和反应机理燃烧反应速度和反应机理n二、NOX 生成的影响因素n（1）火焰中及最高温度区（燃烧带或之后）生成n（2）烟气在燃烧室停留时间n（3）火焰中N2 、 O2 的浓度，（控制 n）n（4）燃料中N 第八章第八章 燃烧反应速度和反应机理燃烧反应速度和反应机理n三、降低烟气中NOX的方法n（1）降低燃烧燃烧温度水平，防止局部高温n（2）控制空气消耗系数 nn（3）缩短烟气在高温区停留时间n（4）采用低 N 燃料n（5）低NOX燃烧方法： 二段燃烧法 烟气循环法 沸腾燃烧法第八章第八章 燃烧反应速度和反应机理燃烧反应速度和反应机理 燃燃 料料 与与 燃燃 烧烧 第三篇 燃烧基本原理 第九章 着火过程 第九章第九章 着火过程着火过程n n气体燃料气体燃料两种着火方式：两种着火方式： 自燃着火：可燃混合物在整个容器内达到某个温度后，会自燃着火：可燃混合物在整个容器内达到某个温度后，会 自动着火达到燃烧状态。自动着火达到燃烧状态。 强制着火：常温下可燃混合物中，用一点热源使之局部点强制着火：常温下可燃混合物中，用一点热源使之局部点 火燃烧，并向周围传播，最后整个可燃混合物火燃烧，并向周围传播，最后整个可燃混合物 达到着火燃烧。达到着火燃烧。n n着火热力理论：着火热力理论：n n以热量平衡为基础。化学反应发出的热量超过散失的热量以热量平衡为基础。化学反应发出的热量超过散失的热量时，就能着火。时，就能着火。n n着火温度与燃料成分、浓度（压力）、容器壁温等因素有着火温度与燃料成分、浓度（压力）、容器壁温等因素有关，着火温度不是一个物性参数。关，着火温度不是一个物性参数。 第九章第九章 着火过程着火过程1 1 着火过程与着火温度着火过程与着火温度 n n简化模型：简化模型：闭口体系闭口体系，容积，容积V V，壁面温度壁面温度 T T0 0 可燃混合物温度可燃混合物温度 T T，浓度浓度 C C，且均匀不变且均匀不变n n反应发热：反应发热： Q Q1 1 = q W = q k = q W = q k0 0 C Cn n exp exp（ E / RT E / RT）= = A expA exp（ E /RT E /RT） （kMol/mkMol/m3 . 3 . s s）n n系统散热：系统散热： Q Q2 2 = = F F（T T T T0 0）= = B B（T T T T0 0） 不能自燃着火不能自燃着火 系统加热系统加热 散热冷却散热冷却 低温区稳定点低温区稳定点 第九章第九章 着火过程着火过程改变散热条件 P97 图9-2 Q1 = = A exp（ E /RT） Q Q2 2 = B = B（T T T0 T0） Q1 发热曲线 Q2 散热曲线，着火临界状态 TB 着火温度 第九章第九章 着火过程着火过程 Q1 Q1 = = A expA exp（ E /RT E /RT） Q2 = BQ2 = B（T T T0 T0） 改变壁温条件改变壁温条件T T0 0 改变发热改变发热Q Q1 1n nT TB B 着火温度着火温度 着火条件：着火条件：Q Q1 1 | | T=TB T=TB = = Q Q2 2 | | T=TBT=TB Q Q1 1 / / T T | | T=TBT=TB = = Q Q2 2 / / T T | | T=TBT=TBn n A exp A exp（ E / RT E / RTB B）= B= B（T TB B T T0 0） A expA exp（ E / RT E / RTB B） E / E /（R R T TB B 2 2 ） = B= Bn n两式相除：两式相除： R R T TB B 2 2 /E = /E = T TB B T T0 0 R R T TB B 2 2 E E T TB B + E T + E T0 0 = 0 = 0 解：解： T TB B T T0 0 = R = R T T0 0 2 2 / E / E 第九章第九章 着火过程着火过程n n2 2 点火过程点火过程n n强制点火热源：小火焰、高温气体、强制点火热源：小火焰、高温气体、 灼热物体、电火花灼热物体、电火花 * *点火源点火源T T3 3 ，强制点火，强制点火 * *点火源点火源T T2 2 ，临界状态：，临界状态： T/T/ n n | |壁面壁面 = = 0 0 点火温度点火温度 T T2 2 * *点火源点火源T T1 1 ，不能点着，不能点着 - - 容器内可燃气容器内可燃气 容器内惰性气容器内惰性气 第九章第九章 着火过程着火过程n n3 3 着火浓度界限着火浓度界限n n1. 1. 浓度确定时，仅在一定的温度、压力条件下，才能着火浓度确定时，仅在一定的温度、压力条件下，才能着火 第九章第九章 着火过程着火过程n n2. 2. 在一定的温度（压力）条件下，必须在一定的浓度在一定的温度（压力）条件下，必须在一定的浓度 范围内才能达到点火或强制着火，（空气中着火如范围内才能达到点火或强制着火，（空气中着火如 上上 图）图）n n工业上常用点火浓度界限（上限与下限），又称爆炸极限工业上常用点火浓度界限（上限与下限），又称爆炸极限（上限与下限）。（上限与下限）。n n混合可燃气爆炸极限：混合可燃气爆炸极限： L = 100% / L = 100% /（y y1 1 / L/ L1 1 + y+ y2 2 / L/ L2 2 + y+ y3 3 / L/ L3 3 + + ） 在富氧空气中或者燃气预热时，浓度界限将变宽。在富氧空气中或者燃气预热时，浓度界限将变宽。 第九章第九章 着火过程着火过程n n4 4 燃烧室中着火与熄火燃烧室中着火与熄火 假设：开口体系，绝热过程，另维模型（均匀参数），动力燃烧，假设：开口体系，绝热过程，另维模型（均匀参数），动力燃烧， 均相燃烧。均相燃烧。n n一、动力燃烧热平衡一、动力燃烧热平衡 . . 混合气停留时间混合气停留时间 1 1 ， 完成反应时间完成反应时间 2 2n n1. 1. 反应发热：反应发热： Q Q1 1 = q W = q = q W = q（C CC C0 0）/ / 1 1 . . Q Q1 1 = q = q k k0 0 exp exp（ E /RT E /RT） C . C . 一级一级反应：反应： k k0 0 = 1 / = 1 / 2 . 2 . 1 1 = = 1 / 1 + 1 / 1 + expexp（1/1/ ）/ / 12 12 n n2. 2. 转为燃烧产物的热量（比照散热）转为燃烧产物的热量（比照散热） 1 1 - - 低温稳定点低温稳定点 Q Q 2 2 = C = CP P（T T T T0 0）V / V / 1 1 V 3 - V 3 - 着火临界点，着火点着火临界点，着火点 2 2 = = A A（ 0 0） 5 5 - - 高温稳定高温稳定 4 4 - - 熄火临界点，熄火点熄火临界点，熄火点 . . n n二、稳定状态和临界条件：二、稳定状态和临界条件： 1 1 = = 2 2 d d1 1 / / d d = = d d2 2 / / d d 第九章第九章 着火过程着火过程n n着火及稳定的影响因数着火及稳定的影响因数 （1 1） 0 0 = = RTRT0 0 / E / E，提高提高 0 0，即提高预热温度，有利于，即提高预热温度，有利于 着火及稳定；着火及稳定； （2 2）A = CA = CP PE /E /（C C0 0 q R q R ），），降低降低A A ，即提高反应热或，即提高反应热或 初始浓度，或降低活化能，有利于着火及稳定；初始浓度，或降低活化能，有利于着火及稳定； 第九章第九章 着火过程着火过程（3 3） 12 12 = = 1 1 / / 2 2 ，提高，提高 12 12 即增加停留时间或加快反即增加停留时间或加快反 应速度，有利于着火及稳定；应速度，有利于着火及稳定； （4 4）烟气循环加大，使）烟气循环加大，使T T0 0 （ 0 0 ）增加，同时增加，同时q q下降，下降， 有利于着火及稳定；有利于着火及稳定； 第九章第九章 着火过程着火过程n n（5 5）考虑火焰辐射传热，辐射传热系数）考虑火焰辐射传热，辐射传热系数 越小，越小，越越 有利于着火及稳定。有利于着火及稳定。 第九章第九章 着火过程着火过程 三、扩散燃烧的稳定条件三、扩散燃烧的稳定条件n n 扩散燃烧时，燃烧速度仅取决于扩散过程。化学反应速度很扩散燃烧时，燃烧速度仅取决于扩散过程。化学反应速度很快，燃烧反应的发热曲线与温度无关：即快，燃烧反应的发热曲线与温度无关：即1 1 / / = 0 = 0。 1 1 = 1 = 1 C / CC / C0 0 = = 1 / 1 + exp 1 / 1 + exp （1/ 1/ ） / / 13 13 1 1 = = 1 / 1 / （1 + 1 / 1 + 1 / 13 13 ） 因为：因为： 13 13 = = 1 1 / / 3 3 ， 1 1 可燃物停留时间，可燃物停留时间， 3 3 扩散特征时间扩散特征时间 2 2 = C = C P P / / C C 0 0q Eq E（ 0 0） /R /R 1 1 与与2 2只有一个稳定点。只有一个稳定点。n n（1 1）当）当1 1确定，确定，q q ， 2 2斜率斜率 ，n n（2 2）当）当2 2确定，混合不充分，燃烧不完全，发热小，确定，混合不充分，燃烧不完全，发热小， 1 1 ， 第九章第九章 着火过程着火过程 扩散燃烧的稳定条件扩散燃烧的稳定条件 燃燃 料料 与与 燃燃 烧烧 第三篇 燃烧基本原理 第十章 燃烧传播过程 第十章第十章 燃烧传播过程燃烧传播过程1 1 燃烧（火焰）传播及其机理燃烧（火焰）传播及其机理n n层流火焰法线传播速度层流火焰法线传播速度 u uL L （正常传播速度（正常传播速度 ），与气流法线与气流法线分速度分速度 w w 相等时，能稳定燃烧。相等时，能稳定燃烧。 第十章第十章 燃烧传播过程燃烧传播过程 2 2 层流火焰传播速度层流火焰传播速度n n一、建立基本方程一、建立基本方程 假设（假设（1 1）一维流动，定常，常物性；）一维流动，定常，常物性； （2 2）燃烧反应只在高温反应区进行；）燃烧反应只在高温反应区进行； （3 3）管壁对流传热和辐射传热可以忽略（绝热假定）管壁对流传热和辐射传热可以忽略（绝热假定） （4 4）反应物和生成物的比热）反应物和生成物的比热C CP P基本相同。基本相同。 dxdx微元的热平衡方程：微元的热平衡方程： 两侧面导入热量两侧面导入热量 + + 反应热反应热 = = 微元体热焓增量微元体热焓增量 - - dT/dx|dT/dx|x x - -（- - dT/dx|dT/dx|x +dxx +dx）+ Wqdx = wC+ Wqdx = wCP PdTdT d d2 2T/dxT/dx2 2 - wC - wCP PdT/dx + Wq = 0 dT/dx + Wq = 0 WW反应速率反应速率 导热项导热项 焓增项焓增项 反应项反应项第十章第十章 燃烧传播过程燃烧传播过程n n二、两区物理模型二、两区物理模型 预热区：忽略化学反应，预热区：忽略化学反应，W = 0W = 0 反应区：温度接近燃烧温度，反应区：温度接近燃烧温度， dT/dx = 0dT/dx = 0第十章第十章 燃烧传播过程燃烧传播过程n n三、方程求解三、方程求解n n1. 1. 预热区预热区 d d2 2T/dxT/dx2 2 - w C - w CP PdT/dx = 0dT/dx = 0 边界条件边界条件 x=xx=x0 0：T = TT = T0 0 x=x x=x1 1：T = TT = TB B 设设Y= Y= dT/dx x=xdT/dx x=x0 0：Y Y0 0=0=0 方程为：方程为： dY/dx = wCdY/dx = wCP PdT/dx dT/dx x0 x0 x1 x1 Y Y1 1 = wC= wCP P（ T TB B- T- T0 0） dT/dx|dT/dx|x1 x1 = = （wCwCP P / / ） （ T TB B- T- T0 0） 第十章第十章 燃烧传播过程燃烧传播过程2. 2. 反应区反应区 d d2 2T/dxT/dx2 2 + Wq = 0 + Wq = 0 边界条件边界条件 x=xx=x1 1：T = TT = TB B, x=x, x=x2 2：T = TT = TK K dT/dxdT/dx = 0 Y= 0 Y2 2=0=0 设设Y= Y= dT/dx dx = dT/dx dx = （ /Y/Y）dTdT 方程为：方程为： dY/dx + Wq = 0 dY= - Wq dx dY/dx + Wq = 0 dY= - Wq dx -YdY= -YdY= Wq dTWq dT x1 x1 x2 x2 Y Y1 12 2/2 = /2 = T TBB Tk Tk Wq dTWq dT Y Y1 1= = dT/dx|dT/dx|X1 X1 = = （ 2 2 TB TB Tk Tk Wq dTWq dT）1/21/2 第十章第十章 燃烧传播过程燃烧传播过程 Y Y1 1= = dT/dx|dT/dx|X1 X1 = = （ 2 2 TB TB Tk Tk Wq dTWq dT）1/21/2 两区交界面上的导热热流两区交界面上的导热热流 = = 反应放热反应放热 Y Y1 1= = dT/dx|dT/dx|X1 X1 = u= uL L 0 0 q q u uL L = = Y Y1 1 / / 0 0q = q = （ 2 2 TB TB Tk Tk Wq dTWq dT）1/21/2 / / 0 0 q q 采用采用积积分平均分平均值值： TB TB Tk Tk Wq dTWq dT）= = （WqWq）* * （T TK K - T- T0 0） 火焰面两侧绝热：火焰面两侧绝热： 全区内反应热全区内反应热 = = 焓增加焓增加 q = q = C CP P （T TK K T TO O） 层流火焰传播速度（数模分析解）层流火焰传播速度（数模分析解） u uL L = =（ 1/ 1/ 0 0C CP P） 2 2 （qW qW ）* * / /（T TK K T TO O） 1/21/2 第十章第十章 燃烧传播过程燃烧传播过程 层流火焰传播速度 ： u uL L = = （1/1/ 0 0C CP P） 22 （qW qW ）* * / /（T TK K T TO O） 1/21/2n n四、层流火焰传播速度四、层流火焰传播速度 u uL L 的影响因素的影响因素 1. 1. 可燃气体组分可燃气体组分 组分组分不同，不同， 0 0、C CP P 、 、q q、WW 都不同。都不同。 2. 2. 可燃气体浓度可燃气体浓度（空气消耗系数（空气消耗系数 n n ） 浓度过小，浓度过小， qq；浓度过大，氧气浓度；浓度过大，氧气浓度 ， 因而因而WW， u uL L 3. 3. 氧化剂中氧化剂中O O2 2含量含量 氧气浓度氧气浓度，因而，因而WW， u uL L 第十章第十章 燃烧传播过程燃烧传播过程 4. 4. 预热温度预热温度 T TOO ，同时同时WW、 ， 0 0 因此，因此，u uL L 。 5. 5. 非绝热体系（有热损失）非绝热体系（有热损失） T TOO ，同时同时WW、 ， 0 0 ， 因此，因此，u uL L d dL L火焰传播临界直径火焰传播临界直径第十章第十章 燃烧传播过程燃烧传播过程n n五、混合气体的五、混合气体的火焰传播速度火焰传播速度 L Li i 各单一可燃气体的各单一可燃气体的%浓度；浓度； u uLi Li 各单一可燃气体各单一可燃气体的的火焰传播速度；火焰传播速度； p pi i 各单一可燃气体占燃气可燃质成分的各单一可燃气体占燃气可燃质成分的%； 混合混合燃燃气的气的火焰传播速度：火焰传播速度： u uL L = = （ u uLi Li p pi i / / L Li i）/ / （ p pi i / / L Li i）第十章第十章 燃烧传播过程燃烧传播过程n n3 紊流燃烧前沿的传播n n紊流流动燃烧时，流体内传热、传质、化学反应都大大加紊流流动燃烧时，流体内传热、传质、化学反应都大大加强。火焰面紊乱且较厚，有脉动和噪声。紊流燃烧传播速强。火焰面紊乱且较厚，有脉动和噪声。紊流燃烧传播速度度 u uT T u uL L 。 紊流燃烧传播速度紊流燃烧传播速度 u uT T 与混合气体的流动和物性有关。与混合气体的流动和物性有关。 u uT T u uL L的原因：的原因： 1. 1. 火焰前沿发生变形、皱折，反应表面显著增加；火焰前沿发生变形、皱折，反应表面显著增加； 2. 2. 传热、传质显然加剧；传热、传质显然加剧； 3. 3. 紊流使得烟气与可燃气快速混合，而且提高温度。紊流使得烟气与可燃气快速混合，而且提高温度。 第十章第十章 燃烧传播过程燃烧传播过程3 3 紊流燃烧前沿的传播紊流燃烧前沿的传播n n一、皱折表面理论与容积燃烧理论一、皱折表面理论与容积燃烧理论 未燃预混区与火焰的分界处，认为是火焰的前沿。未燃预混区与火焰的分界处，认为是火焰的前沿。 1. 1. 小尺度紊流火焰小尺度紊流火焰 （23002300Re Re 60006000） 气体微团的尺度小于层流燃烧前沿面厚度，燃烧区厚度略有增加。气体微团的尺度小于层流燃烧前沿面厚度，燃烧区厚度略有增加。 邓克尔模型邓克尔模型u uT T/u/uL L =Re =Re 0.50.5 ； 谢尔金模型谢尔金模型 u uT T/u/uL L = =（1+1+ e e/ a/ a）0.50.5 2. 2. 大尺度弱紊流火焰（大尺度弱紊流火焰（ Re 6000 Re 6000） 气体微团脉动速度气体微团脉动速度uuu u uL L，使得，使得火焰前沿面被破碎，火焰前沿面被破碎， 没有明显的分界区域。没有明显的分界区域。 在微团内既剧烈混合，又进行反应，在微团内既剧烈混合，又进行反应， 达到着火条件就整体燃烧。各个微团达到着火条件就整体燃烧。各个微团 进行不同程度的容积反应。进行不同程度的容积反应。 第十章第十章 燃烧传播过程燃烧传播过程n n二、紊流火焰传播速度二、紊流火焰传播速度u uT T的实验研究的实验研究 1. 1. u uT T与可燃混合气浓度关系与可燃混合气浓度关系 u uT T有极大值有极大值 2. 2. u uT T与与ReRe关系关系 ReRe， u uT T 3. 3. u uT T与初始温度关系与初始温度关系 T T0 0， u uT T ； u uT T 正比于正比于 T T0 0 1.61.6； u uT T /u/uL L 正比于正比于 T T0 0 - 0.24 - 0.24 影响较小影响较小 4. 4. u uT T与管径与管径d d关系关系 （由于散热）（由于散热） d d，u uT T； u uT T /u/uL L = 0.18 d = 0.18 d 0.250.25 Re Re 0.240.24第十章第十章 燃烧传播过程燃烧传播过程n n三、提高预混气燃烧速度，改善燃烧性能三、提高预混气燃烧速度，改善燃烧性能 1. 1. 用用uL大的预混可燃气大的预混可燃气 2. 2. 提高紊流强度提高紊流强度（ReRe） 3. 3. 提高混合气提高混合气的的温度和压力温度和压力