《气体燃料燃烧》PPT课件.ppt

第七章 气体燃料燃烧,要求：了解不同射流流动的特征，掌握扩散燃烧与动力燃烧的概念、结构及特性，了解气体燃料燃烧器的工作原理与设计方法。,第一节 扩散燃烧与动力燃烧,扩散燃烧与动力燃烧,气体燃料燃烧所需的全部时间通常包括两部分：气体燃料与空气混合所需时间和燃烧反应所需时间。,扩散燃烧或扩散火焰,动力燃烧或动力火焰,扩散动力燃烧,第二节 射流流动,射流分类,根据射流喷嘴：,平面射流与圆形射流,根据射流结构：,直流射流与旋转射流 平行射流与相交射流 环形射流与同轴射流,根据射流环境：,自由射流与受限射流,根据射流流动：,层流射流与湍流射流,第二节 射流流动,一、圆形湍流自由射流,第二节 射流流动,一、圆形湍流自由射流,过渡段,初始段,自模段,OCO为射流核心，核心区内速度、浓度等与出口处相同，长度约45d0,x/d0810，射流的无因次参数分布与x/d0无关。,初始段与自模段之间，可忽略。,第二节 射流流动,一、圆形湍流自由射流,自模段的特性：,第二节 射流流动,一、圆形湍流自由射流,自模段的特性：,同样，当喷射流体与周围介质性质不同或温度不同时，自模段的温度场和浓度场也具有相似性，即：,第二节 射流流动,一、圆形湍流自由射流,自模段的特性：,实际上，b与x成正比：,第二节 射流流动,二、射流的吸卷及吸卷量的计算,射流向前运动时，由于横向的速度脉动及粘性，与周围介质产生动量交换，带动周围介质运动，使射流的质量沿流向逐渐增加，这种现象称为射流的吸卷或引射。,任意截面及出口截面上射流的质量流量为：,第二节 射流流动,三、其它形式的射流,矩形射流,2b0,矩形射流的扩张角较小，参数沿轴向的变化较慢； 矩形射流的吸卷量小于圆形射流的吸卷量。,第二节 射流流动,三、其它形式的射流,平行射流,射流与外流间的速度梯度减小，混合减缓，射流张角、速度及浓度沿轴向的变化率随之减小。,第二节 射流流动,三、其它形式的射流,环状射流,第二节 射流流动,三、其它形式的射流,同轴射流,第二节 射流流动,三、其它形式的射流,交叉射流,第二节 射流流动,三、其它形式的射流,旋转射流,第二节 射流流动,三、其它形式的射流,旋转射流旋流数,S0.6为强旋流,S0.6为弱旋流,第二节 射流流动,三、其它形式的射流,旋转射流,第二节 射流流动,三、其它形式的射流,受限射流,第三节 扩散火焰结构,一、扩散火焰结构,层流扩散火焰 质量扩散以分子扩散的方式实现,扩散火焰,湍流扩散火焰 质量扩散以气团扩散的方式实现,第三节 扩散火焰结构,一、扩散火焰结构,层流扩散火焰,火焰面必定在燃料与空气按照化学恰当比混合的位置上：,焰面外侧：空气燃烧产物,焰面内侧：燃料燃烧产物,焰面：燃料与空气的理论浓度为零,第三节 扩散火焰结构,一、扩散火焰结构,湍流扩散火焰,第三节 扩散火焰结构,二、扩散火焰高度,湍流扩散火焰,（湍流自由射流）,确定扩散火焰高度即寻找火焰锋面与轴心线相交的位置。,湍流扩散火焰高度与管径成正比，与初始速度无关,第三节 扩散火焰结构,二、扩散火焰高度,层流扩散火焰,通过动量方程及能量方程求近似解：,当管径小于10mm，近似公式：,热负荷,修正系数,第三节 扩散火焰结构,三、扩散火焰的特点,扩散火焰不产生回火，但温度低 扩散燃烧容易产生碳氢化合物的热分解,人工煤气扩散火焰,人工煤气预混火焰,第四节 预混火焰结构,预混火焰,一次空气,二次空气,一次空气不足时，出现内外两个火焰锥面；,内、外锥的高度：,第四节 预混火焰结构,预混火焰的特点,放热强度大，火焰温度高 燃烧室长度短 可实现无焰燃烧 容易回火,火道燃烧室（无焰燃烧）,第四节 预混火焰结构,预混火焰防止回火的措施,使预混气体在燃烧室入口处的速度分布均匀。为此可将喷头制成收敛形，且表面光滑。,燃烧含有杂物的气体燃料时，应设有清除污垢的装置，避免破坏局部流场。,用水冷却燃烧器头部，以便减小该处的火焰传播速度,设计时应根据最小热负荷状态来确定喷射速度和孔道直径。,第五节 引射式大气燃烧器,引射式大气燃烧器结构,1、调风板 2、一次空气口 3、引射器喉部 4、喷嘴 5、火孔,燃烧器由两大部分组成：引射器和头部。工作时具有一定压力的气体燃料以一定的速度从喷嘴喷出，进入收缩型吸气管，并借助燃料射流的吸卷作用带入一次空气。燃料与空气在引射器内混合，把动能转变为压力能，然后从头部的火孔流出，并从周围大气中获取二次空气，完成整个燃烧过程。大气燃烧器的一次空气系数通常为0.450.75。,第五节 引射式大气燃烧器,引射器工作原理,第五节 引射式大气燃烧器,引射器工作原理,克服流动阻力 克服热阻 获得所要求的流出速度,h4的大小决定了混合气体从头部火孔的喷射速度，是引射式大气燃烧器的重要设计参数。 h4消耗于三个方面：,第五节 引射式大气燃烧器,引射器工作原理,流动阻力,火孔阻力系数,混气密度,火孔出口气流速度,火孔流量系数,第五节 引射式大气燃烧器,引射器工作原理,热阻,温升,流出动能,第五节 引射式大气燃烧器,引射器工作原理,燃烧器头部的能量损失系数 民用燃烧器K1=2.72.9,第五节 引射式大气燃烧器,引射器组成与结构参数,燃料喷嘴、吸气收缩管、混合管和扩压管。,引射器一般由四部分组成:,喷嘴,流量系数=0.70.78,喷孔直径:12.5mm,长径比=12,锥角=90 120,第五节 引射式大气燃烧器,引射器组成与结构参数,吸气收缩管,圆锥形,进口面积与出口面积之比一般为46,一次空气的进风面积一般为燃烧器火孔总面积的1.252.25倍，吸入风速不超过1.5m/s,第五节 引射式大气燃烧器,引射器组成与结构参数,混合管,使燃料与空气进行充分的混合，并使混合气体在其出口处达到速度、温度和浓度的均匀分布。通常采用圆柱形混合管，根据经验，其长度为 。,将混合气体的动能转变为压力能，以便获得流过火孔所需的压力头。经验表明，最有利的扩张角为68，出口面积与进口面积之比为23。,扩压管,第五节 引射式大气燃烧器,引射器组成与结构参数,第五节 引射式大气燃烧器,引射式大气燃烧器的特点及应用范围,引射式大气燃烧器有下列特点：,和扩散式燃烧器相比，引射式大气燃烧器的火焰温度比较高，火焰短，火力强，燃烧比较安全，烟气中含量较少；但结构复杂，燃烧稳定性较差。,与鼓风式燃烧器相比，引射式大气燃烧器不必鼓风，投资少，不耗电；但热负荷不宜太大，否则结构相当笨重。,和火道式无焰燃烧器相比，引射式大气燃烧器热负荷调节范围宽广，可燃烧低压煤气；但热强度较低。,一次空气余气系数基本上不随煤气压力而变化。因此，这类燃烧器具有可贵的自动调节性能。,第五节 引射式大气燃烧器,引射式大气燃烧器的特点及应用范围,引射式大气燃烧器应用范围：,1火孔；2二次空气；3稳焰孔；4引射器；5火道；6小孔,火道式 稳焰孔式,第五节 引射式大气燃烧器,引射式大气燃烧器的设计计算,引射器的划分：,根据气体燃料的喷射压力：,2104 Pa 高（中）压引射器,2104 Pa 低压引射器(计算时可不考虑压缩性）,根据吸气管内的压力：, P0 常压吸气引射器（第二类引射器）,P0 负压吸气引射器（第一类引射器）,第五节 引射式大气燃烧器,引射式大气燃烧器的设计计算,低压引射器设计计算：,引射器的特性方程式,第五节 引射式大气燃烧器,引射式大气燃烧器的设计计算,燃烧器的设计计算：,燃烧器判别式,燃烧器面积比最佳 燃烧器达不到所需引射能力 有多余的燃气压力,第六节 鼓风式燃烧器,一、套管式燃烧器,热负荷小 燃烧缓慢、火焰长 结构简单 不回火 流阻小（燃料与空气的供给压力低）,第六节 鼓风式燃烧器,二、低压涡流式烧嘴,热负荷大，放热集中 燃烧迅速、火焰短 有回火的可能,第六节 鼓风式燃烧器,三、天然气导流叶片式旋流燃烧器,空气供给能力大 流阻大,第七节 燃烧器的适应性,热负荷：,煤气的华白数（热负荷指数）：,燃烧器的适应性指燃烧器对煤气性质变化的适应能力。如果燃烧器在煤气性质变化范围较大的情