5-燃烧学讲义.pptVIP

* 第四节 火焰稳定 ? 燃烧过程中的一个重要课题是研究火焰的稳定性及其稳定方法。 要求懂得在什么条件下能保证火焰的稳定，还要知道如何防止火焰不稳定的方法 * 火焰稳定的基本原理和方法 一维火焰及锥形火焰稳定条件 层流火焰传播速度（法向火焰传播速度）定义为： 其中up为火焰前沿法向移动的分速度；un为可燃混气在火焰前沿法向移动的分速度。 如果火焰传播速度和可燃混气的流动速度方向一致，取负号，反之，取正号。 如果火焰传播速度和可燃混合气的流动速度相等，即，则火焰前沿移动速度为零，即,火焰稳定在管道内某一处. * 如果火焰传播速度大于可燃混合气的流动速度，即 ，则火焰前沿就会一直向可燃混合气侧的方向移动。通常称为回火。 反之，如果火焰传播速度小于可燃混合气的流动速度 ，即。则火焰前沿就会一直向燃烧产物侧方向移动，直至火焰前沿被可燃混合气吹走，这种情况，称为吹熄或称脱火。 * 为了保证一维火焰的稳定，既不回火，又不吹熄，就必须是火焰传播速度与可燃混合气的流动速度相等，即： 这个关系式就是一维火焰的稳定条件。 ? 实际上火焰稳定的条件是：必须保证火焰前沿各处法向传播速度SL等于可燃气在火焰前沿法向分速度。 同时火焰稳定的基本条件，是在火焰根部产生稳定的点火源。为此，在高速气流中必须创造条件建立一个平衡点，以满足： * 锥形火焰的稳定条件 锥型火焰。其外形有如下特征：火焰顶端呈圆形；火焰底部不和喷嘴出口相重合，存在向外突出的一个区域以及靠近壁面处有一段无火焰区域。如果采用收敛管，火焰形状将接近正圆锥形。 在锥体顶部，由于火焰前沿的曲率半径和火焰前沿厚度在数量级上相当，因此，热传导及活性分子扩散非常强烈，提高了当地的火焰传播速度，使得锥顶度圆。由于火焰向金属壁面的散热或活性分子的销毁，靠近喷口处有一个无火焰区，称穿透距离，又称熄火距离。 ? 锥形火焰，主要体现在本生灯所形成的火焰与工程上的低速燃烧装置有很多相似之处，因此，有必要研究锥形火焰的稳定条件。 * * 本生灯的火焰前沿 未燃燃料 火焰面 在火焰前沿上取一微段，由于微段很小，可以认为是直线。 分别为可燃混合气速度的法向及切向分速度。 θ为u与un之间的夹角。 * 在火焰前沿上取一微段，由于微段很小，可以认为是直线。 分别为可燃混合气速度的法向及切向分速度。θ为u与un之间的夹角。 可燃混合气法向分速度u-n的存在将使火焰前沿沿 方向移动。因此，为了维持微元火焰稳定，其必要条件为可燃混合气法向分速度等于火焰传播速度，即： ? 该式称为米海尔松（Михедьсон）余弦定律，简称余弦定律。θ值在下面范围内变动 * 若 ，则为平面火焰，实际上平面火焰是极不稳定的。因为只要气流速度稍许发生变化，就会破坏火焰传播速度的平衡条件，火焰就会变形。 若 ，即气流速度平行于火焰前锋，这时，这是不可能的，所以θ必须小于 。 对一定的可燃混合气来说，可以认为SL=常数，在一定的气流速度变化范围内，当增加气流速度时，根据余弦定律，θ要增大，火焰就会伸长；反之，当气流速度减小时，θ要减小，火焰将变短。换句话说，在一定气流速度变化范围内，火焰前沿将会在新的条件下稳定下来。 * 高速气流中的火焰稳定—钝体稳焰 氢和空气的预混气的层流火焰传播速度接近240cm/s。碳氢化合物和空气的预混气的层流火焰传播速度很少超过40cm/s, 湍流火焰传播速度也仅100cm/s 左右。 但是，在许多实际的燃烧装置中，例如冲压式和燃气轮喷气发动机的燃烧室中，燃料和空气混合物的流速高达50m/s,加力燃烧室中混合物流速达200m/s。 因此，在高速气流中必须用某些人为的手段来稳定火焰。（在此种情况始终 ） * 两个因素影响火焰的稳定： 1) 流动因素(与un有关)；2）物理、化学因素(与SL有关) 在高速气流中要使火焰稳定，主要也从这两个因素着手： 如果问题出于流动，可以用流体动力学的方法把火焰调稳定； 如果问题出于火焰传播速度，可以用热力学、化学动力学的方法把火焰调稳定。 更多、更有效的方法是采用流体动力学的原理及化学动力学原理相结合的方法。 ? 利用钝体（非流线型物体）来稳定火焰就是其中的有效方法之一 * 钝体后气流速度分布 * 钝体后回流区温度场 * 用钝体