第五章 预混合气的层流燃烧.pptVIP

火焰推举：火焰和燃烧器管子或喷口不接触，而是稳定在离喷口一定距离的位置。 可能引起未燃气体的逃逸，形成不完全燃烧 超过了推举极限，很难着火 很难精确控制推举火焰的位置，导致传热变差 会产生噪声 回火：当火焰进入燃烧器管中和喷口内继续传播而不熄灭的现象。回火不仅有害，而且危险 回火和火焰推举都和局部的层流火焰速度和局部的气流速度之间的匹配有关。 对层流火焰的最早的描述是由Mallard 和Le Chatelier在1883 年完成的。 接下来介绍的简化分析方法来自于斯波尔丁（Spalding）的理论，这一理论只陈述其物理过程而不涉及复杂的数学。这个分析方法与传热、传质、化学动力学和热力学的原理相结合来理解影响火焰速度和火焰厚度的因素。 一维，等面积，稳态流。 忽略动能、势能，忽略粘性力做功，忽略热辐射。 忽略火焰前后的很小的压力变化，即压力是常数。 热扩散和质量扩散分别服从傅立叶定律和费克定律。假定是二元扩散。 刘易斯数，即Le，表示热扩散系数和质量扩散系数的比值，定义为 并假定刘易斯数等于1，从而k / cp = ρD，这将大大简化能量方程。 混合物的比热与温度及其组成无关。即假设各种组分的比热都相等，且是和温度无关的常数。 燃料和氧化剂通过一步放热反应生成产物。 氧化剂等于化学方程式计算量或者过量。所以，燃料在火焰中完全被消耗。 为了理解火焰传播，对图示的微分控制体应用质量、组分、能量守恒定律。 质量方程： 或 简化的总包反应方程式： 因而： 在我们的分析中，组分守恒关系仅仅用于简化能量方程，由于假定质量扩散是由菲克定律控制的二元扩散，且路易斯数等于1，因此不必要求解组分方程。 对于每一种组分，传质的表达式分别为： 燃料 氧化剂 产物 能量守恒 分析中采纳了和能量守恒方程的Shvab-Zeldovich 形式同样的假设， 按照总包反应化学当量关系，上式的右边部分可变成下面的形式： 进一步简化： 求解的目标是找到层流火焰速度的一个有用表达式，而层流火焰速度和上式中出现的质量通量的关系非常简单： 下面继续用Spalding的分析方法进行求解。 为了确定质量燃烧速度，先假设一个满足下面的边界条件的温度分布。 火焰上游无穷远处的边界条件， 火焰下游无穷远处的边界条件 我们假设在一很小的距离δ 内，温度从T u 变化到 T b ，且满足简单的线性关系。把δ 定义为火焰厚度。 四个边界条件，使得我们可以求解m” 和δ 。 火焰前锋厚度 由着火点处的温度梯度公式（5-13），把Ti≈Tf， 带入，则得： 把基本火焰速度表达式（5-15）带入得： 上式中，Tf和△H对火焰前锋厚度均有影响，但从热力计算可知， Tf和△H是正相关，因此他们的作用将相互抵消一部分 联立5-15和5-17a，消去k，可以得： 根据5-17b，也可以推导出层流火焰前锋厚度与压力的关系 坦福德和匹兹的扩散理论 对于大多数的烃类和氧气的燃烧火焰，热效应和活化中心的扩散效应都起作用，但潮湿的CO和O2以及H2和O2混合气中的火焰传播，可以用纯扩散理论来解释 理论要点：对于所有稳定组分（反应物和燃烧产物）和不稳定组分，局部扩散流强和对流流强以及生成物或消耗之间的平衡关系，均可有守恒方程表示出来，局部链载体浓度由于离解产生活化中心而增大，由于载体活性的消耗而减少。 组分的边界条件可由火焰温度下的平衡计算求得。燃烧速度可按下式计算 由总质量守恒关系（流过火焰的反应物等于流出火焰的燃烧产物），可导出基本火焰速度表达式： 实际层流火焰和熄火半径 实际上当火焰在水平放置的等直径圆管中传播时，可以看到由于浮力等的作用，焰峰将变形，形状变得像一个汤匙。 而且由于向管壁的散热，在管壁附近火焰收到冷熄作用，因此在距管壁很近出观察不到火焰 如果管子很细，过量的热量散失将使得火焰停止传播。火焰停止传播的最小半径称为“熄火半径” 传播中的火焰的熄火半径和管的材料无关，静止火焰的熄火半径和管子的材料有关系，另外混合气的压强等因素对熄火半径也有影响。 熄火半径大约和层流火焰厚度属同一数量级。 因此对层流火焰厚度有影响的物理化学因素，对熄火半径都将有影响。 前面求出的层流火焰厚度： 因此导热系数k增大，ac将增大，熄火半径与导热系数的平方根成比例关系 导热系数增大，熄火半径增大，也就是通过狭小通道的能力变低。但导热系数增加，会使火焰传播速度加快（式5-15） 另外，熄火半径与压力的关系，压力增大，熄火半径变小，降低，熄火半径增大，即压力减小，通过狭小通道的能力降低 当火焰在两平行平板间传播时，也存在熄火距离