燃烧学 第五章 气体燃料的燃烧.ppt

燃 烧 学 第5章 气体燃料的燃烧 本章内容综述 着火方式： 自燃 点燃 着火机理 热力着火 连锁着火 气体燃料和氧化剂混合状态 预混气体燃烧 半预混气体燃烧 扩散燃烧 燃烧状态 层流燃烧 湍流燃烧 小尺度湍流火焰 大尺度弱湍流火焰 大尺度强湍流火焰 工业火焰稳定性 值班火焰 钝体稳焰 小股反向射流 旋转射流 受限射流 3.1预混可燃气体的着火和自燃理论 一、自燃的分类 自然界中燃料的着火可分为两种： 自燃——燃料自发地着火 点燃——依靠外热源强迫加热，使燃料着火 自燃机理主要包括两种： 热力着火——反应物温度不断升高，反应加快，直到着火，可用Arrihenius定律和质量作用定律解释 连锁着火——活化粒子增值数大于销毁数，反应不断加快，分支链反应和直链反应 二、绝热条件下的自燃过程 可燃气体混合物在反应过程中的释热率（产热率）可用下式表示 二、绝热条件下的自燃过程 稳定条件下，QI=QII，即： 二、绝热条件下的自燃过程 对上式进行积分，得到： 二、绝热条件下的自燃过程 可燃气体混合物在反应过程中的释热率（产热率）可用下式表示 二、绝热条件下的自燃过程 自燃过程中，反应物浓度、反应温度、反应速度和反应时间的关系可用下图表示： 三、非绝热条件下的自燃过程 自然界中不存在绝热过程，任何系统总是存在散热过程，在有散热的条件下，可以用谢苗诺夫非稳态着火理论揭示自燃的热力着火规律。 三、非绝热条件下的自燃过程 三、非绝热条件下的自燃过程 一般情况下，释热率曲线和散热率曲线有两个交点，A点和B点。 A点稳定。当外界有微小扰动时，例如T?，散热释热，T?，回到A点;当T?，散热释热， T?，回到A点。 B点不稳定。轻微扰动将使B点失去平衡。 三、非绝热条件下的自燃过程 三、非绝热条件下的自燃过程 三、非绝热条件下的自燃过程 三、非绝热条件下的自燃过程 三、非绝热条件下的自燃过程 四、影响着火的因素 增加释热量QI 增加燃料浓度 增加燃料压力 增加燃料发热量 增加燃料活性 四、影响着火的因素 环境温度 四、影响着火的因素 比表面积和散热系数 燃料粒径的大小 燃烧区周围的散热条件 燃料的比表面积越大，相当于散热面积越大，散热率增加，燃料着火条件变差，着火温度上升，着火推迟； 散热系数越大，散热率越大，燃料着火条件变差，着火温度上升，着火推迟 五、着火延滞期 实际的燃烧设备，不仅要求燃料能稳定地燃烧，而且要求预混气体能及时地着火，因此了解可燃混合物的着火延滞期具有实际意义 着火延滞期就是可燃混合物从初始愠度T0上升到着火温度Tc所经历的时间 5.2预混可燃气体的点燃理论 一、什么是点燃 工程上是燃料着火的方式通常为点燃 点燃定义 具有较高能量的外界热源接触可燃气体，依靠外界能源使部分预混可燃气体首先发生剧烈反应而着火，然后火焰传播到整个混合气中去，又称为强迫着火，强燃 常用的外界热源 炽热物体（石英球、铂球） 小火焰（具有一定的温度和火焰厚度） 电火花，工程上常用，控制电极距离 二、点燃机理 炽热物体对预混可燃气体的影响 二、点燃机理 对于不可燃气体，当有炽热物体靠近时，只带来边界处温升，没有燃烧放热带来的温升 对于可燃气体，当有炽热物体靠近时，既有温差带来的温升，又有燃烧带来的温升 靠近壁面处，T=Tw，反应快，放热多，?T高； 远离壁面处， 传热少，温升小 温度低，燃烧反应慢，温升小 二、点燃机理 三、热物体表面附近温度浓度分析 热物体表面附近，预混气温度浓度分析 条件 稳定工况 定义相对混度：f=c/r (预混气产物浓度/预混气密度） 三、热物体表面附近温度浓度分析 假设： 稳定状态下，微元体dx的传热与反应处于稳定状态 此时，存在物质平衡 GI=GII 式中，GII——散热量 GI——化学反应量 三、热物体表面附近温度浓度分析 同时，存在热平衡 QI=QII 式中：QI——单位距离导热量，主要是传导热 QII——化学反应放热量 三、热物体表面附近温度浓度分析 一般情况下，热扩散系数（导热系数）近似等于物质扩散系数，则： 三、热物体表面附近温度浓度分析 代入积分式 四、点燃热力理论 在点燃临界状态下，可燃气体层中的温度和浓度分布应满足下述条件： 四、点燃热力理论 四、点燃热力理论 四、点燃热力理论 四、点燃热力理论 四、点燃热力理论 五、可燃界限 要使可燃混合物着火，不仅要求热源要有一定的温度水平，而且热源与可燃混合物的接触要保证有一定的时间。 在一定的能源性质、形状及大小等条件下，使一定的可燃混合物发生着火所必须的能源与混合物的接触时间，称临界点燃时间tc。 五、可燃界限 六、影响可燃极限的因素 六、影响可燃极限的因素 六、影响可燃极