燃烧理论基础-层流预混火焰课件.ppt

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1、预混合火焰：氧化剂和燃料在燃烧前预混合火焰：氧化剂和燃料在燃烧前充分充分混合混合八 层流预混火焰扩散火焰：氧化剂和燃料在燃烧前扩散火焰：氧化剂和燃料在燃烧前无无混合混合预混合燃烧过程：在充满预混合气的燃烧设备内，通常是在某一局部区域首先着火，接着在着火区形成一层相当薄的高温燃烧区，称为燃烧区或火焰面。依靠火焰面的热量使邻近的预混合气引燃，逐渐把燃烧扩展到整个混合气范围。这层高温燃烧区如同一个分界面，把燃烧完的已燃气体(燃烧产物)和尚未进行燃烧的未燃混合气分隔开来。在它的前方是未燃的混合气，而在它的后方是已燃的燃烧产物。随时间推移，火焰面在预混合气中不断向前扩展，呈现火焰传播的现象。预混火焰预混

2、火焰2023/2/173层流预混火焰的例子：煤气灶、加热炉、本生灯等。层流预混火焰研究有助于理解湍流火焰：物理、化学过程相同或相似。层流预混火焰本章主要内容：基本特征，简化分析；火焰速度，本章主要内容：基本特征，简化分析；火焰速度，火焰形状；火焰稳定性；熄火，回火，可燃性；火焰形状；火焰稳定性；熄火，回火，可燃性；点火点火本生灯本生灯2023/2/174火焰的定义（火焰是什么？）火焰的定义：亚音速下，可自维持传播的局部燃烧区域。局部：火焰在任何时候只占可燃混合物的很小一部分。音速音速传播的燃烧波：缓燃波传播的燃烧波：缓燃波超音速超音速传播的燃烧波传播的燃烧波:爆震波爆震波2023/2/175火

3、焰的主要参数火焰的主要参数传播速度传播速度火焰锋面火焰锋面厚度厚度温度分布温度分布放热率放热率2023/2/176火焰速度 SL：以波峰为参考系，火焰速度等于未燃气体速度u。根据总质量守恒根据总质量守恒一般一般？火焰的传播速度火焰的传播速度火焰锋面火焰锋面点燃点燃2023/2/177快速化学反应区快速化学反应区缓慢反应区缓慢反应区图图8.2层流火焰结构层流火焰结构温度分布、放热率温度分布、放热率火焰传播方向火焰传播方向已燃气体区未燃气体区火焰前锋：未燃气体和已燃气体的分界面即为火焰锋面，亦称火焰前沿（前锋）。常压条件下火焰前锋的厚度：10-210-1mm火焰锋面火焰锋面火焰锋面（快速反应区）：

4、温火焰锋面（快速反应区）：温度梯度和组分浓度梯度大，主度梯度和组分浓度梯度大，主要是双分子反应。（要是双分子反应。（为什么是为什么是双分子反应？双分子反应？）缓慢反应区：几缓慢反应区：几mm宽，主要宽，主要是三分子的慢反应。是三分子的慢反应。锋面锋面缓慢反应区缓慢反应区预热区预热区火焰辐射-颜色空气过量：蓝色（高温激活的CH自由基）燃料过量：蓝绿色（C2辐射）燃料过量更多：形成碳烟，发亮黄到暗橘色的光2023/2/1710本生灯火焰是竞争火焰：本生灯火焰是竞争火焰：预混与扩散火焰竞争预混与扩散火焰竞争内锥产生的内锥产生的CO和和H2燃烧形成扩散火焰燃烧形成扩散火焰富燃区富燃区火焰的速度分布和散

5、热共同决定火焰的速度分布和散热共同决定了火焰的形状。了火焰的形状。火焰速度火焰速度=？气流速度分布如何？气流速度分布如何？火焰速度取决于什么？火焰速度取决于什么？2023/2/17118.2本生灯火焰速度本生灯火焰速度2023/2/1712产生一维扁平产生一维扁平层流火焰层流火焰一维平流层火焰2023/2/1713实验室用的燃烧器实验室用的燃烧器水冷盘：将火焰产生的热水冷盘：将火焰产生的热散出去，降低火焰的速度，散出去，降低火焰的速度，产生稳定的火焰。产生稳定的火焰。2023/2/1714例题 8.1：求火焰形状一个稳定燃烧的层流预混火焰，混合气可视为一维流动，其轴向速度 vu 与水平坐标x呈

6、线性关系，如图8.6所示，试确定火焰形状以及火焰面与轴向所呈的局部角度。假设火焰速度均为0.4 m/s,（可看成化学当量比下甲烷空气预混火焰的速度）混合气轴向速度与水平坐标的关系混合气轴向速度与水平坐标的关系2023/2/1715求解根据图8.7，可以通过公式8.2来计算火焰面与轴向平面所呈的角度。火焰锋面（对称火焰锋面（对称结构，取半轴）结构，取半轴）8.2SL已知已知=0.42023/2/1716其中，根据图8.62023/2/1717因此，有计算结果绘于图8.6（上图），当x=0时,角度为 30;当x=20时,角度为 19.5 为了计算火焰形状，我们先在x-z平面上得到火焰面局部斜率(d

7、z/dx)的表达式，然后对其求积分解出z(x)，根据图8.7我们可以看到：火焰形状计算火焰形状计算火焰形状计算，即：火焰形状计算，即：确定火焰锋面在确定火焰锋面在x-z坐标系中坐标系中的数学表达式。的数学表达式。火焰高度火焰高度2023/2/1719A/SL=2，B/SL=0.052023/2/17202023/2/1721简化分析(基于Spalding的理论):找出层流火焰速度的简化表达形式如果考虑：传热、传质、化学动力学、热力学火焰速度计算将很复杂一般情形下的火焰速度？一般情形下的火焰速度？反应流的简化方程反应流的简化守恒方程补充内容（第补充内容（第7章内容）章内容）简化方程守恒可以方便理

8、解燃烧过程物理和化学的本质！(1)总质量守恒总质量守恒(连续性方程连续性方程)质量流质量流Kg/s控制体内控制体内质量增加质量增加单位时间流入单位时间流入控制体的质量控制体的质量单位时间流出单位时间流出控制体的质量控制体的质量任意位置的质量流量任意位置的质量流量x两边同时除以 ，并令 更通用的三维形式均为均为x的函数的函数偏导数的定义偏导数的定义A为常数为常数变为变为平面(仅x轴)的稳定流球形(仅r轴)的稳定流二维轴对称(仅x和r轴)的稳定流稳定流中，控制体内稳定流中，控制体内总质量不随时间变化总质量不随时间变化7.4a7.4b(2)组分质量守恒(组分连续性方程)考虑一个一维的控制体，如图3.

9、3所示，厚度为 x.在控制体内在控制体内A A质量的净增加率与质量的净增加率与质量流率质量流率和和反应速率反应速率相关相关:控制体内控制体内A质量的质量的随时间变随时间变化率化率A流入流入控制体控制体的质量的质量流率流率A流出控流出控制体的质制体的质量流率量流率化学反应引化学反应引起的组分起的组分A的产生速率的产生速率3.28注意与总体质量守恒的区别，系统总质量守恒不需要考虑源项注意与总体质量守恒的区别，系统总质量守恒不需要考虑源项 是组分A在单位体积内的产生率(kgA/m3-s).(第4章中方程4.28）控制体内A的质量为：mA,cv=YAmcv=YA Vcv，体积为：Vcv=A x,方程

10、3.28 可写为:除以 Ax 并让 x0,式 3.29 成为3.293.30注意与总体质量守恒的区别，组分守恒需要考虑扩散项。对于平面稳定流方程7.9是一维稳态流动混合物的组份守恒方程（假设组分扩散仅因浓度梯度引起）。对于多维情况，3.30式变为：即即7.97.8或或3.30式变为式变为传质（扩散和宏观流动）进入控制体的A的质量等于反应产生的A的质量）二维轴对称坐标7.10对稳定流动对稳定流动球坐标(3)多组分扩散（不讲）在对燃烧系统的建模和学习理解中，尤其是对在对燃烧系统的建模和学习理解中，尤其是对层流预混和非预混层流预混和非预混火焰结构火焰结构的研究中，不能用二元的研究中，不能用二元混合物

11、来做简化。在这种情况下，组分的输运公式混合物来做简化。在这种情况下，组分的输运公式必须同时考虑众多且性质差别很大的组分。例如，必须同时考虑众多且性质差别很大的组分。例如，我们可以推断，大燃料分子的我们可以推断，大燃料分子的扩散速度扩散速度要小于要小于氢原氢原子子的扩散速度。的扩散速度。另外，火焰中典型的大温度梯度，形成了浓度另外，火焰中典型的大温度梯度，形成了浓度梯度之外另一个推动传质过程的作用力。这种作梯度之外另一个推动传质过程的作用力。这种作用被称为热扩散或者用被称为热扩散或者SoretSoret效应，它使得较轻的分效应，它使得较轻的分子从低温处扩散到高温处，相对的，令较重的分子从低温处扩

12、散到高温处，相对的，令较重的分子从高温处扩散到低温处。子从高温处扩散到低温处。多组分扩散的通用性方程(1)浓度梯度引起的分子扩散；(2)由温度梯度引起的热扩散；(3)有压力梯度引起的压力扩散；(4)除重力外其他体力引起的强迫扩散；（1）（2）（3）（4）作业：作业：8.62023/2/1735简化分析(基于Spalding的理论)目标：找出层流火焰速度的简化表达形式.如果考虑：传热、传质、化学动力学、热力学火焰速度计算将很复杂一般情形下的火焰速度？一般情形下的火焰速度？2023/2/1736假设1.一维，稳流，等面积,2.动能、势能、粘性力做功以及热辐射均忽略3.忽略火焰面两侧微小的压力差;即

13、压力恒定4.热扩散和质量扩散由傅立叶（Fourier）定律及费克（Fick）定律决定，且假定是二元扩散（Binary diffusion）.2023/2/17375.刘易斯（Lewis）数Le：热扩散率与质量扩散率的比,假定Le1.即 k/cp=D,将大大简化能量方程。2023/2/17386.混合物的比热与温度或组分无关。相当于假设所有组分的比热均为常数且相等。7.燃料与氧化剂经一步放热反应生成燃烧产物。8.氧化剂为化学当量值或过量；即燃料完全氧化。2023/2/1739火焰分析的控制体xx=+x=-x控制体T(x)一维，稳流，质量流率恒定2023/2/1740质量守恒（总质量）质量:或7.

14、4b7.4a稳态流动：控制体中流体总质量不随时间变化2023/2/1741组分守恒 或者，根据费克定律7.97.8组分守恒组分守恒传质（扩散和宏观流动）进入控制体的A的质量等于反应产生的A的质量）2023/2/17421kg 燃料+vkg 氧化剂(v+1)kg 产物那么：根据根据7.8简化的总包反应简化的总包反应燃料燃料（本质上是化（本质上是化学反应中物质学反应中物质的消耗速度，的消耗速度，或反应速率）或反应速率）2023/2/1743氧化剂产物2023/2/1744单位体积内对单位体积内对流（平流）引流（平流）引起的显焓变化起的显焓变化速率速率单位体积内扩单位体积内扩散引起的显焓散引起的显焓

15、变化速率变化速率单位体积内化单位体积内化学反应引起的学反应引起的显焓变化速率显焓变化速率7.8比较比较7.63Shvab-Zeldovich能量方程能量方程组分组分A质量守恒质量守恒能量守恒2023/2/1745燃烧热燃烧热8.7燃烧热因此7.63式变化为（两边除以式变化为（两边除以cp）7.63=2023/2/1746我们的任务：找到SL8.7需要求解方程需要求解方程8.72023/2/1747T(x)-0 x层流预混火焰时的假设温度分布层流预混火焰时的假设温度分布边界条件边界条件边界条件边界条件解解未燃边界条件:已燃边界条件：图图8.92023/2/17488.7对对8.7一次积分（一次积

16、分（-，+），并代入边界条件），并代入边界条件2023/2/1749只在区域只在区域内不为内不为0(0(燃料浓度有变化燃料浓度有变化），），并且并且区域区域内内根据图根据图8.98.11代入代入8.118.122023/2/1750消去消去x，引入，引入T定义平均反应速度定义平均反应速度8.158.15是两个未知数的简单代数方程是两个未知数的简单代数方程 需要增加一个方程需要增加一个方程燃料消耗燃料消耗速率是温速率是温度的函数度的函数这是进一步的简化这是进一步的简化2023/2/1751对对8.7一次积分（一次积分（-，/2/2），并代入边界条件），并代入边界条件边界条件边界条件在在x=/2处

17、处8.12因为火焰反应区在高温区，假设在区间（因为火焰反应区在高温区，假设在区间（-，/2/2）近似）近似8.72023/2/17528.178.15联立方程联立方程2023/2/1753根据定义根据定义且且燃烧热转化成产物的显焓燃烧热转化成产物的显焓根据计算结果可以从理论上分析燃料根据计算结果可以从理论上分析燃料-空气混合气体性质如何影响空气混合气体性质如何影响SL和和。其中其中2023/2/1754例8.2用简化方法的结果(上述)来计算化学当量的丙烷空气混合物的层流火焰传播速度。采用总包的一步反应机理（第5章）来计算平均反应速度。主要是求燃料平均消耗速度主要是求燃料平均消耗速度（与反应速度

18、有关，因此也（与反应速度有关，因此也与温度有关）与温度有关）2023/2/1755解用式：求式中的各物理量温度确定后可查这几个物性参数，求出热扩散系数温度确定后可查这几个物性参数，求出热扩散系数值值已知氧气的量已知氧气的量未燃气体平均密度未燃气体平均密度（与温度有关）（与温度有关）2023/2/1756简化理论认为反应在火焰厚度的后半段(/2,+)发生（Tb=Tad=2260K,Tu=300K)这个平均温度用来计算反应的速度。这个平均温度用来计算反应的速度。T(x)-0 x附录附录B.1后半段平均温度下面考察后半段燃料反应速度2023/2/1757因假设火焰反应区在高温区，故在区间（因假设火焰

19、反应区在高温区，故在区间（-，/2/2）近似燃料不燃烧，在）近似燃料不燃烧，在/2/2处燃料在处燃料在混合气中的质量百分数为燃烧前的值混合气中的质量百分数为燃烧前的值空气中氧气的质量百分比空气中氧气的质量百分比在在处燃料处燃料在混合气在混合气中的质量百分数为中的质量百分数为0 0火焰反应区(/2,+)燃料和氧气的平均质量分数2023/2/1758根据根据5.2式，丙烷消耗速度式，丙烷消耗速度其中其中表5.1获得相关参数2023/2/1759得到平得到平均温度均温度下平均下平均燃烧速燃烧速率率要求未燃混合气体平均密度要求未燃混合气体平均密度组分组分i摩尔浓度与质量分数的摩尔浓度与质量分数的关系关

20、系附录附录6A.7代入下式代入下式已知已知已知从方程从方程6.29近似认为未燃气体分子量等于空气分子量近似认为未燃气体分子量等于空气分子量2023/2/1761热扩散率的定义热扩散率的定义因为导热发生在整个火焰区域，而不仅是反应的半个区域，上式因为导热发生在整个火焰区域，而不仅是反应的半个区域，上式的平均温度应当是整个火焰区域的平均温度。的平均温度应当是整个火焰区域的平均温度。根据这温度，查得空气的特性根据这温度，查得空气的特性（附录（附录C）注意与注意与的区别（对应温的区别（对应温度不同）度不同）300K300K时的值时的值2023/2/1762SL=0.425m/s计算中有太多的简化和不完

21、美，这就是工程科学计算中有太多的简化和不完美，这就是工程科学F=maE=MC2上帝设计了这个规律，并且安排人来发现它上帝设计了这个规律，并且安排人来发现它SL=0.389m/s实测值实测值课后作业8.28.3（混合气的分子量取27.63kg/kmol)8.62023/2/1764完全分析Chemkin：Sandia 国家实验室,1990-1991利用详细的化学动力学和混合气体的输运性质对层利用详细的化学动力学和混合气体的输运性质对层流预混火焰做数值模拟已经发展成为标准的研究工流预混火焰做数值模拟已经发展成为标准的研究工具，可以获得相当准确的结果。具，可以获得相当准确的结果。前面关于火焰速度的计

22、算采用了总包反应模型，结前面关于火焰速度的计算采用了总包反应模型，结果不是很精确果不是很精确2023/2/17651、控制方程连续性方程7.4a2023/2/1766组分守恒能量守恒8.228.232023/2/1767辅助方程和数据理想气体状态方程（2.2）扩散速度关系（7.23，7.25，7.31）与温度有关的参数:hi(T),cpi(T),ki(T),Dij(T)混合物特性 MWmix,k,Dij 详细的化学动力学机理(用来求解组分反应速度）各种浓度（质量，摩尔）之间的转换关系2023/2/17682、边界条件8.228.237.4a边界值问题：给定上下游边界值问题：给定上下游信息（边界

23、条件），求解信息（边界条件），求解两个边界之间的函数。两个边界之间的函数。2023/2/1769例子：CH4-air 火焰的结构（不讲）1 atm,化学当量,CH4-air 火焰。pGRI-MECH 2.11:提供化学动力学机理pCHEMKIN：提供程序代码2023/2/17702023/2/17712023/2/17722023/2/1773影响火焰速度和厚度的因素1 1过量空气系数的影响。2 2燃料化学结构的影响。3 3混合可燃物初始温度T T0 0的影响。4 4火焰温度的影响。5 5压力的影响2023/2/1774过量空气系数的影响p可燃气体混合物的火焰传播速度SL将随着当量比（实际燃空

24、比/理论燃空比）而改变。对于各种不同可燃气体混合物其最大的SL并非处于可燃气体混合物的当量比等于1的情况（即混合物按化学当量的比例来混合）。p实验表明，最大SL发生在含可燃物浓度比化学当量的比例稍大的混合物中（即 1，稍稍缺氧）。2023/2/1775当量混合物中燃料百分比当量混合物中燃料百分比=6.63%当量比当量比=1=1当量混合物中燃料百分比当量混合物中燃料百分比6.63%即当量比即当量比1 1，出现峰值，出现峰值2023/2/1776火焰厚度随当量比变化规律：在接近理论当量比（火焰厚度随当量比变化规律：在接近理论当量比（=1）时火焰最薄。）时火焰最薄。2023/2/1777燃料化学结构

25、的影响p不同的燃料对火焰正常传播速度影响很大。p饱和碳氢化合物（烷烃类）：其最大火焰速度（0.7m/s）几乎与分子中的碳原子数n无关；p一些非饱和碳氢化合物（无论是烯烃还是炔烃类）：碳原子数较小的燃料，其层流火焰速度较大。p当n增大到4时，SL的值将陡降，而后，随n进一步增大而缓慢下降，直到n8 时，非饱和烃就接近于饱和碳氢化合物的SL值。图图分子中碳原子个数分子中碳原子个数对最大火焰速度的影响对最大火焰速度的影响C.K.Law（普林斯顿大学）（普林斯顿大学）2023/2/1779未燃气体温度的影响提高可燃物初始温度Tu可以大大促进化学反应速度，因而增大SL值。n是总包反应级数是总包反应级数2

26、023/2/17802023/2/1781压力的影响因为火焰传播速度与化学反应速度有关，而压力的改变会影响化学反应速度的大小，因而影响SL值。n=2时，火焰速度与压力无关？实际情况是火焰速度与压力成反比时，火焰速度与压力无关？实际情况是火焰速度与压力成反比仅适用于甲烷，仅适用于甲烷，P5atmBradley发现：发现：2023/2/17822023/2/1783不同工况（温度和压力）下火焰速度的转换标准工况下（标准工况下（298K，1atm）的火焰速度）的火焰速度根据燃料不同而改变的值（书上表根据燃料不同而改变的值（书上表8.3）稀释率Metghalhi-Kech关系式（关系式（Tu350K）

27、2023/2/1784常数常数BM，B2和和M是由燃料类型确定的，如表是由燃料类型确定的，如表8.3不同工况（温度和压力）下火焰速度的转换2023/2/1785例例8.3略略不同工况（温度和压力）下火焰速度的转换，确定：确定：层流预混火焰是稳定传播过程层流预混火焰是稳定传播过程实际的燃烧过程会经历瞬态过程实际的燃烧过程会经历瞬态过程:火火焰熄火和着火焰熄火和着火熄火和着火熄火和着火2023/2/1787熄火加入稀释剂：水（降温），CO2（稀释）吹熄：把火焰从反应物吹开当通道小到一定程度，火焰会在通过时熄灭（本节讨论的内容）。2023/2/1788冷壁面熄火p当火焰进入一个充分小的通道中时，就会

28、熄灭。如果通道不是太小，火焰就会传播过去。火焰进入圆形管熄灭而不传播过去的临界直径，称为熄火距离。p本生灯试验：在反应物流突然停止的时候，观察稳定在试管上方的火焰是否回火减小本生灯的燃料管的直径，重复试验当不发生回火而直接熄灭时的最大直径为熄火距离。2023/2/1789熄火距离也可以用长宽比较高的矩形狭槽来确定：两个长边之间的距离，即开口的开度。熄火距离基于圆管的测量值比基于狭缝的测量值大一些（大约2030%）2023/2/1790着火和熄火准则Williams给出了支配着火和熄灭的两个基本准则。准则1仅当足够多的能量加入到可燃气体中，使和稳态传播的层流火焰一样厚的一层气体的温度升高到绝热火

29、焰温度，才能点燃。F.A.Williams2023/2/1791准则2板形区域内化学反应的放热速率必需近似平衡于由于热传导从这个区域散热的速率。（可用于分析熄火问题）接下来，用这些准则对火焰熄灭作一个简化分析。2023/2/1792简化熄火分析如图8.18所示的两平行板组成一个狭缝，火焰恰好进入其中。利用Williams的第二个准则，可以写出一个使反应生成的热量和壁面导热损失的热量相等的能量平衡式，即8.34熄火距离熄火距离火焰厚度火焰厚度2023/2/1793其中，单位体积的放热率 和前面定义的 的关系是在继续分析之前，有一点很重要，就是注意到分析中已经取板状气体区域（图8.18）的厚度为，

30、即方程8.21表示的绝热火焰厚度。现在的目标是确定满足方程8.34所表达的熄火准则的距离d，即熄火距离。8.352023/2/1794p根据傅立叶定律，从火焰区域损失到壁面的热量是 p其中热导率k和温度梯度都是用壁面处的气体来估算的。面积A可表示成 ，其中L是狭缝的厚度（垂直于纸面），乘以2是因为火焰和两边的壁面接触。8.36x2023/2/1795p求解温度梯度dT/dx比较困难。p假设中心面的温度Tb下降到壁面温度Tw是线性变化的结果，那么dT/dx的值是(Tb-Tw)/(d/2)。p由于温度梯度dT/dx很可能远大于这个数值，所以引入一个任意常数b，由下式定义,8.37b通常是比通常是比

31、2大很多的数字（由实验确定）大很多的数字（由实验确定）2023/2/1796p利用方程8.35-8.37，熄灭判别式（方程8.34）变成下面的形式：或8.38a8.38b假设 Tw=Tu,利用前面推导出的 和SL 之间的关系，再利用关系式：hc=(v+1)cp(Tb-Tu),8.39a方程方程8.38b变为变为8.38b2023/2/1798或者用 表示：8.39b方程8.39b表明，熄火距离比火焰厚度大。多种燃料的熄灭距离如表8.4所示。b值大于值大于12023/2/17100p可燃气体混合物中的可燃物含量过浓或过稀，即使在容器的一处着火后，其火焰仍不能传播到整个容器，因而对于每种可燃气体混

32、合物来讲，都有火焰传播的浓度界限。p 可燃物在混合物中的浓度低于某值而使火焰速度为零的浓度值称为下限，而高于某值而使火焰速度为零的浓度值称为上限。可燃极限2023/2/17101几种气体在与空气混合时的火焰传播浓度极限（在0.1MPa，20时）着火燃烧过程的要求：可靠的着火；稳定的燃烧。消防要求：在任何条件下不着火；一旦着火可以迅速熄灭。着火一般可分为三类：化学自燃化学自燃不需外界加热，靠自身化学反应就可着火。如火柴受摩擦而发火；炸药受撞击而爆炸；金属钠在空气中的自燃；烟煤堆积过高而自燃。热自燃热自燃混合气加热到一定温度在整个容积中着火，如热容器壁、压缩。点燃混合气局部加热着火，靠火焰传播发展

33、到整个反应空间。如用电火花、电弧、炽热物体等高温源点火。影响着火的因素：化学动力学因素化学动力学因素：燃料性质，燃料与氧化剂的比例，环境压力和温度等。流体力学因素流体力学因素：气流速度，流动特性，燃烧设备的几何特性等。对一定的可燃混气，其着火条件可表示为：闭口系统：开口系统：其中：p在燃烧技术中，为了加速着火，往往由外界加入热量，使局部地区的可燃混合物着火而燃烧。这种由外界加入能源，使可燃混合物在加入能源的附近发生着火燃烧的方法称为点燃着火法。p点燃着火和热自燃在本质上并没有原则的差别。p电火花或电弧点燃：从二电极之间的空隙所产生的电火花或电弧作为外加能源，使附近的可燃混合物温度升高和活性分子

34、浓度增加而点燃。强制点火强制点火电火花点火是实际装置中最普遍的点火方式：内燃机、燃气轮机，燃烧器。重点：最小点火能量电火花塞点火电火花塞点火电火花塞点火电火花塞点火准则2板形区域内化学反应的放热速率必需近似平衡于由于热传导从这个区域散热的速率。1、简化点火分析、简化点火分析根据准则计算：（根据准则计算：（1）临界半径；（）临界半径；（2）最小点火能量）最小点火能量临界半径：如果电火花引燃球形气体足以使火焰传播开来，则满足此条件的最小球形半径为临界半径（Rcrit）。最小点火能量：点燃并形成火焰传播所需的最小能量。电火花塞点火电火花塞点火1、简化点火分析、简化点火分析或或边界条件：边界条件：T(

35、Rcrit)=TbT()=Tu8.408.41电火花塞点火电火花塞点火1、简化点火分析、简化点火分析8.42另外，假定球体表面温度梯度：另外，假定球体表面温度梯度：8.42代入代入8.41，得到，得到8.438.20电火花塞点火电火花塞点火1、简化点火分析、简化点火分析8.44a临界半径大约等于层流火焰厚度，或者数量级接近。临界半径大约等于层流火焰厚度，或者数量级接近。把把8.20代入，并利用燃烧焓的关系式得到代入，并利用燃烧焓的关系式得到临界半径：临界半径：8.44b或或电火花塞点火电火花塞点火1、简化点火分析、简化点火分析8.45最小点火能量最小点火能量临界质量临界质量8.45转换为：转换

36、为：用理想气体状态方程消去用理想气体状态方程消去b b，得到，得到其中其中8.47假设火花增加的能量把临界体积中的气体加热到已燃气体温度所需要的能量（Eign）。2023/2/17113表：室温和大气压下，化学当量比混合物的熄火距离和最小点火能量电火花塞点火电火花塞点火2、压力和温度对最小点火能量的影响、压力和温度对最小点火能量的影响8.48增加压力，最小点火能量减小；升高初始温度增加压力，最小点火能量减小；升高初始温度也会降低最小点火能量。也会降低最小点火能量。火焰稳定回火回火回火回火回火：火焰进入燃烧器和喷口内继续传回火：火焰进入燃烧器和喷口内继续传播而不熄灭（发生在燃料气流减小或关播而不

37、熄灭（发生在燃料气流减小或关闭时）闭时）回火危害：损坏燃烧设备，甚至爆炸回火危害：损坏燃烧设备，甚至爆炸火焰稳定火焰推举火焰推举火焰推举：火焰与燃烧器火焰推举：火焰与燃烧器管子或喷口不接触，而是管子或喷口不接触，而是稳定在离喷口一定距离的稳定在离喷口一定距离的位置；容易形成未燃气体位置；容易形成未燃气体逃逸。逃逸。火焰推举火焰推举课后作业8.148.158.16预习第9章：层流扩散火焰Semenov自燃理论自燃理论(不讲不讲）假定：有一体积为V(m3)的容器，其中充满有化学均匀可燃气体混合物，其浓度为C(kg/m3)，容器的壁温为T0(K)，容器内的可燃气体混合物正以速度 w(kg/m3s)在

38、进行反应，化学反应后所放出的热量，一部份加热了气体混合物，使反应系统的温度提高，另一部份则通过容器壁而传给周围环境。为了简化计算，采用零维方案，即不考虑容器内的温度、反应物浓度等参数的分布，即假定：容器容积为V，表面积为F，容器内各处的混合物浓度及温度都相同；在反应过程中，容器V内各处的反应速度都相同；容器的壁温T0及外界环境的温度，在反应过程中保持不变，而决定传热强度的温度差就是壁温和混合物之间的温压；在着火温度附近，由于反应所引起的可燃气体混合物浓度的改变可忽略不计。数学模型能量方程：一级反应燃烧产生的热燃烧产生的热散热散热混合物获得的热量混合物获得的热量Semenov自燃理论自燃理论(不

39、讲不讲）Q1为单位时间内由于化学反应而释放的热量，是一指数曲线；Q2为单位时间内由容器传给周围环境的热量，是直线下面分别讨论三种不同的散热强度条件下的情况：Semenov自燃理论自燃理论(不讲不讲）当散热强度很大时，如图Q2直线所示的情况:随着容器内可燃混合物的化学反应不断进行而使温度提高，Q1按指数的关系随温度的升高而增加，散热随温度（TT0）的增大而增加。容器中的混合气将处于T1的温度水平，为缓慢的氧化反应，不能自燃Semenov自燃理论自燃理论(不讲不讲）在Q2直线与Q1的另外一处交点2（不稳定状态点）2（温度略低于T2时）T T1 2+（温度略高于T2时）反应加速，自燃Semenov自燃理论自燃理论(不讲不讲）当散热强度很小时，如图 直线所示的情况:T w 自燃Semenov自燃理论自燃理论(不讲不讲）当散热强度按图中 直线所示的情况进行时:T w ，B不稳定临界点，TB着火温度相应的周围介质的温度TOB为自燃温度；由初始温度提高到自燃温度所需要的时间为滞燃期Semenov自燃理论自燃理论(不讲不讲）几点结论着火是化学动力学因素和传热传质因素相互作用的结果着火条件是温度，压力，混合比，容器尺寸构成的函数关系着火温度随压力上升而下降，随容器尺寸增大而下降压力，直径不变时如果改变混合比，存在着火温度最小值和着火的贫限与富限Semenov自燃理论自燃理论(不讲不讲）