气体燃料的燃烧ppt课件

1、 第一节 预混可燃气体的着火和自燃实际中称中称“热力爆燃实际热力爆燃实际 热着火热着火 着火的反响机理着火的反响机理 化学链着火化学链着火 自燃自燃 自发的着火自发的着火 着火方式着火方式 点燃点燃 强迫着火强迫着火 一、自燃热力实际一、自燃热力实际 1 1、绝热条件下的自燃过程、绝热条件下的自燃过程 质量作用定律质量作用定律 ： 阿累尼乌斯定律阿累尼乌斯定律 ： 产热率产热率 ： kJ/(sm3) kJ/(sm3) 热值；热值； 化学反响速度。化学反响速度。 bBaACkCv )exp(0RTEkkbBaAgCCRTEQkQvq)exp(0Qv 假设假设 n=a+b+ 化学反响级数化学反响级

2、数 平衡式平衡式 将将 代入：代入： 积分积分 1、绝热条件下的自燃过程、绝热条件下的自燃过程CCCBAngCRTEQkq)exp(00ddTVCVqpgddCv)(ddCQqg0)(ddTVCddCVQppCQdCdT 根据初始条件：根据初始条件： 时时, 反响终了：反响终了： 绝热火焰温度绝热火焰温度 两式除两式除 微分微分 1、绝热条件下的自燃过程、绝热条件下的自燃过程00TT 0CC )(00CCCQTTP0CfTT 00CCQTTPf0000CCCTTTTfddTTTCddCf00 1、绝热条件下的自燃过程、绝热条件下的自燃过程图图3-1 3-1 反响物浓度与温度的关系反响物浓度与温

3、度的关系 1、绝热条件下的自燃过程、绝热条件下的自燃过程图图3-2 3-2 温度、浓度、反响速率随时间的变化温度、浓度、反响速率随时间的变化 1、绝热条件下的自燃过程、绝热条件下的自燃过程图图3-3 3-3 绝热容器内反响过程中绝热容器内反响过程中C C与与T T随时间的变化随时间的变化1 1、绝热条件下的自燃过程、绝热条件下的自燃过程图图3-4 3-4 绝热容器内可燃混合物释热率随时间的变化绝热容器内可燃混合物释热率随时间的变化 即各组分分散速度的总和不为0。即各组分分散速度的总和不为0。l非绝热条件下自燃的发生是有条件的，是散热和放热综协作用的结果。l散热 l能量平衡l即 2、非绝热条件下

4、的自燃过程、非绝热条件下的自燃过程VTTSql/ )(00)(0TTSddTVCVqPgddTCqqPlg图图3-5 3-5 非绝热条件下的热量平衡非绝热条件下的热量平衡 a点稳定点；b点平衡点，不稳定点；c点不稳定点，着火临界点TcTc着火温度着火温度自燃的临界条件：自燃的临界条件： 2、非绝热条件下的自燃过程、非绝热条件下的自燃过程 ClCgqq)()(ClCgdTdqdTdq)()(lT0cT0c自燃温度，普通自燃温度，普通 T0cTC T0cTCl 维持着火的燃料浓度限维持着火的燃料浓度限l 一定一定p p，TT或一定或一定T T，pp着火范围变窄着火范围变窄l 一定一定p p，TT或

5、一定或一定T T，pp恣意浓度下恣意浓度下l 不会着火不会着火l 容器散热程度容器散热程度着火范围变窄着火范围变窄 3自燃界限自燃界限3 3自燃界限自燃界限图3-11 一定压力下着火温度与成分的关系3 3自燃界限自燃界限图3-12 一定温度下自燃的临界压力与成分的关系4 4着火延滞感应期着火延滞感应期l可燃混合物从初始温度T0上升到l 着火温度Tc所阅历的时间。二、链锁自燃实际二、链锁自燃实际 链锁反响根本步骤： 链的激发链的传送链的中断 反响中存在链载体第二节第二节 预混可燃气体的点燃实际预混可燃气体的点燃实际 点燃 器具有较高能量的外部热源去接触可燃 混合物，接近外部热源的部分先行着火，

6、然后火焰传播到整个混合物中去。一、点燃特点一、点燃特点热物体外表附近，取热物体外表附近，取 厚度：厚度：dx图图3-16 3-16 稳定的缓慢氧化形状下，热物体附面层中的稳定的缓慢氧化形状下，热物体附面层中的温度场和浓度场温度场和浓度场 能量方程能量方程 1 导热导热 = 反响放热量反响放热量 热平衡热平衡 分散方程分散方程 2 反响物耗费量反响物耗费量=分散量分散量 物质平衡物质平衡 分散方程乘分散方程乘Q，代入能量方程：，代入能量方程：。 0)exp(022RTECQkdxTdn)exp()(0RTECkdxdfDdxdn)(22dxdfDdxdQdxTd一、点燃特点一、点燃特点l普通情况

7、下普通情况下 Le1 l积分，代入边境条件积分，代入边境条件 环境环境l将将 代入代入l 3 一、点燃特点一、点燃特点PCaD2222dxfdCQdxTdPx0TT 0ff 00000000)(fTTCTTCQTTCQCffPfP00TTTTffff 可燃气体的点燃是有一定条件的。可燃气体的点燃是有一定条件的。 维持热物体外表附近一薄层气体稳定维持热物体外表附近一薄层气体稳定 氧化的极限形状，即为点燃的临界形状。氧化的极限形状，即为点燃的临界形状。 图图3-17 温度不同的热物体点燃时的温度分布温度不同的热物体点燃时的温度分布 二、点燃热力实际二、点燃热力实际0)(wdxdT4 4 1 13

8、34 4联立，可求解。联立，可求解。 但分析解很难，只能求近似解。但分析解很难，只能求近似解。 双区实际：双区实际：反响区反响区 反响进展比较迅速，反响的热量也主要由这一区域放出。反响进展比较迅速，反响的热量也主要由这一区域放出。导热区导热区 不进展化学反响，只从反响区导出热量以外区域。不进展化学反响，只从反响区导出热量以外区域。 二、点燃热力实际二、点燃热力实际 1 1、热球点火、热球点火 炽热的石英球或铂金球炽热的石英球或铂金球 假设球温假设球温 ，能够着火。，能够着火。 2 2、平面火焰点火、平面火焰点火 火焰为无限大平板火焰为无限大平板 3 3、电火花点火、电火花点火 点火能点火能 熄

9、火间隔熄火间隔 最小点火能最小点火能 在可燃混合物中可以引起火焰传在可燃混合物中可以引起火焰传播的最小能量。播的最小能量。 三、点燃方法三、点燃方法 CwTT 可燃混合物着火可燃混合物着火 温度、时间。温度、时间。 临界点燃时间临界点燃时间 在一定的能源性质、外形及大小等条在一定的能源性质、外形及大小等条 件下，使一定的可燃混合物发生着件下，使一定的可燃混合物发生着火火 所必需的能源与混合物的接触时间。所必需的能源与混合物的接触时间。 要点燃一定的可燃混合物，必需提供一定的能量：或短时间要点燃一定的可燃混合物，必需提供一定的能量：或短时间提供提供 大量能量，或低程度能源维持足够长的时间。大量能

10、量，或低程度能源维持足够长的时间。 可燃极限可燃极限 在一定的压力和温度下，点火能量加大到一在一定的压力和温度下，点火能量加大到一定程定程 度以后，度以后， 混合物的点燃浓度界限就不再扩展混合物的点燃浓度界限就不再扩展了，了， 这就称为饱和点火能下的可燃浓度界限，或简这就称为饱和点火能下的可燃浓度界限，或简称称 可燃极限。可燃极限。 四、可燃界限四、可燃界限 C 图3-25 可燃界限表示图可可燃燃界界限限示示意意图图图图3-25 四、可燃界限四、可燃界限1 1、压力、压力 p p 可燃极限可燃极限2 2、流速、流速 w w 着火范围变窄着火范围变窄3 3、可燃混合物初温、可燃混合物初温 T0

11、T0 着火范围变小着火范围变小4 4、掺入其它物质、掺入其它物质 惰性气体惰性气体使着火范围变窄上限下降使着火范围变窄上限下降 另一种可燃物质另一种可燃物质 可燃极限介于两者之间。可燃极限介于两者之间。五、影响可燃极限的要素五、影响可燃极限的要素 掺入惰性气体可消除火灾掺入惰性气体可消除火灾l热容比热和导热性能对着火和火焰传播的影响热容比热和导热性能对着火和火焰传播的影响l 高的导热性使着火困难，但有利于火焰传播；高的导热性使着火困难，但有利于火焰传播；l 高的热容对着火有利，但使火焰传播困难。高的热容对着火有利，但使火焰传播困难。l良好的灭火剂都具有较高的良好的灭火剂都具有较高的 值火焰传播

12、困难。值火焰传播困难。/PC 层流火焰传播层流火焰传播 火焰传播火焰传播 湍流火焰传播湍流火焰传播 爆爆 震震 第三节第三节 层流火焰传播层流火焰传播火焰锋面向未燃气流方向的推进。火焰锋面向未燃气流方向的推进。一、层流火焰传播的概念一、层流火焰传播的概念1 1、层流火焰传播速度、层流火焰传播速度 方向一致时取负号。方向一致时取负号。 火焰面挪动的绝对速度火焰面挪动的绝对速度 未燃混合气体的绝对速度未燃混合气体的绝对速度 火焰不动；火焰不动； 回火；回火； 吹熄。吹熄。0uSPuuu0SuPuSuu 0Suu 0Suu 02 2、层流火焰传播速度的测定方法、层流火焰传播速度的测定方法 肥皂泡法、

13、圆管法、本生灯法。肥皂泡法、圆管法、本生灯法。3 3、本生灯法、本生灯法 法向分速度法向分速度 测得测得 和和 ，可求，可求 。Suu 0COSwu0w0u一、层流火焰传播的概念一、层流火焰传播的概念一、层流火焰传播的概念一、层流火焰传播的概念实实际际的的本本生生灯灯火火焰焰图图3-344 4实践本生灯火焰实践本生灯火焰* * 顶部呈圆头形：顶部呈圆头形： 缘由是热量与活性粒子分散剧烈；缘由是热量与活性粒子分散剧烈；* * 管口边缘构成凸出部分：管口边缘构成凸出部分： 缘由是热量损失与活性粒子碰壁销毁。缘由是热量损失与活性粒子碰壁销毁。本本生生灯灯火火焰焰的的u0、w分分布布图图3-351.u

14、01.u0分布分布2.W2.W分布分布3.3.理想火焰理想火焰4.4.实践火焰实践火焰二、层流火焰传播实际二、层流火焰传播实际 层流火焰传播实际层流火焰传播实际 - 控制火焰传播的主要机理控制火焰传播的主要机理 热实际热实际 - 从反响区到未燃区的热传导从反响区到未燃区的热传导 分散实际分散实际 - 链载体的逆向分散链载体的逆向分散 综合实际综合实际 - 热传导与活性粒子的分散有同等影响热传导与活性粒子的分散有同等影响 热实际： 1火焰锋面内几个参量的变化 火焰锋面 已燃气体和未燃气体的分界面。 最大温差/最大温度梯度 火焰锋面压力差 动量守恒： 二、层流火焰传播实际二、层流火焰传播实际max

15、0)/(dxdTTTfn)11(222020202020fSfffuuupp000uuuSff0uuS浓度与温度关系浓度与温度关系由能量方程与分散方程求得由能量方程与分散方程求得 假定假定Le=12、泽尔多维奇双区实际、泽尔多维奇双区实际 能量方程能量方程 预热区预热区忽略化学反响项忽略化学反响项 反响区反响区忽略对流项忽略对流项二、层流火焰传播实际二、层流火焰传播实际00TTTTffff022QvdxdTuCdxTdP火火焰焰传传播播的的热热理理论论图图3-37二、层流火焰传播实际二、层流火焰传播实际3 3、火焰锋面厚度和预热及反响时间、火焰锋面厚度和预热及反响时间 预热区厚度预热区厚度 反

16、响区厚度。反响区厚度。 预热时间预热时间 反响时间反响时间 火焰锋面内平均反火焰锋面内平均反响速率，响速率， 见见3-833-83式。式。 二、层流火焰传播实际二、层流火焰传播实际rpnpr200/uauppvfr/00v1 1、温度、温度 混合物初温混合物初温 m =1.5m =1.52 2 火焰温度火焰温度 比比 影响大影响大2 2、压力、压力 n n 总反响级数，当总反响级数，当 n2, n2, 那么那么 大多数碳氢燃料的大多数碳氢燃料的熄灭熄灭n2n2 工程中，工程中， 熄灭强度熄灭强度增压熄灭增压熄灭 缘由：火焰质量传播速度缘由：火焰质量传播速度 燃料耗费量燃料耗费量随压力增大。随压

17、力增大。三、影响层流火焰传播的要素三、影响层流火焰传播的要素0T0umTu00fT0u0T120npup0up00u3 3、燃料、燃料/ /氧化剂混合比氧化剂混合比 混合比混合比 = = 化学计量比时，化学计量比时， 最大。最大。4 4、燃料构造、燃料构造 饱和烃类烷，饱和烃类烷， 与与 碳原子数目无关碳原子数目无关 不饱和烃类，不饱和烃类， 5 5、添加剂、添加剂 惰性添加剂，使惰性添加剂，使 反响添加剂反响添加剂三、影响层流火焰传播的要素三、影响层流火焰传播的要素0u0ucncn0u0u四、层流火焰传播界限四、层流火焰传播界限 当当 降至某一数值时，火焰传播不能维持，产生熄火降至某一数值时

18、，火焰传播不能维持，产生熄火淬熄。淬熄。 发生淬熄时的临界条件发生淬熄时的临界条件火焰传播界限。火焰传播界限。0u第四节第四节 湍流火焰传播湍流火焰传播一、流体的湍动参数一、流体的湍动参数 1、湍动能、湍动能 湍流脉动速度的均方值湍流脉动速度的均方值 湍动湍动能能 湍动相对强湍动相对强度度 平均速平均速度度 湍动能耗散率湍动能耗散率 湍动能的减弱湍动能的减弱速率速率 2、湍动尺度、湍动尺度 欧拉尺度欧拉尺度调查各瞬间流体微团的调查各瞬间流体微团的脉动情况脉动情况 拉格朗日尺度拉格朗日尺度调查空间某一质点调查空间某一质点的运动情况的运动情况2 w22 /wwk w 小尺度湍流火焰小尺度湍流火焰微

19、团的平均尺寸微团的平均尺寸层流层流下火焰锋面厚度下火焰锋面厚度类型类型 大尺度弱湍流火焰大尺度弱湍流火焰 大尺度强湍流火焰大尺度强湍流火焰 湍流火焰的传播速度比层流时大得多。湍流火焰的传播速度比层流时大得多。 缘由：缘由：1湍流脉动使火焰变形，从而使湍流脉动使火焰变形，从而使火焰外表积添加；火焰外表积添加； 2湍流脉动添加了热量湍流脉动添加了热量和活性粒子的传送速度；和活性粒子的传送速度； 3湍流脉动加快了已燃湍流脉动加快了已燃气和未燃气的混合。气和未燃气的混合。二、湍流火焰传播的特点二、湍流火焰传播的特点0uw 0uw 0ReuuT三、湍流火焰的外表实际三、湍流火焰的外表实际 从火焰锋面入手

20、展开讨论。从火焰锋面入手展开讨论。四、湍流火焰的容积实际四、湍流火焰的容积实际 容积实际以为：容积实际以为： 不存在火焰锋面，不存在火焰锋面， 反响也不仅仅发生在锋面厚度之内。反响也不仅仅发生在锋面厚度之内。 一、本生灯火焰的稳定一、本生灯火焰的稳定 稳定条件稳定条件 ： 火焰传播速度；火焰传播速度； 预混预混可燃气流速度。可燃气流速度。 不稳定的要素使不稳定的要素使 ： 1、管壁的散热作用；、管壁的散热作用； 2、射流边境层外缘混入外界气体。、射流边境层外缘混入外界气体。第五节第五节 火焰的稳定火焰的稳定Suu 00uSu0u图3-60 本生灯管壁面附近及火焰锥根部的气流速度 uS分布和u0

21、的分布以及稳定着火区域 2 2截面以下，从出口开场，壁面散热作用影响愈来愈小；截面以下，从出口开场，壁面散热作用影响愈来愈小；2 2截面以上，射流外缘混入外界气体的影响愈来愈大。截面以上，射流外缘混入外界气体的影响愈来愈大。图3-62 在本生灯管口加妨碍物使预混可燃气体火焰稳定的方法喷口外加妨碍物，可使火焰稳定。喷口外加妨碍物，可使火焰稳定。 1、热平衡原理 2、着火和灭火的临界工况 3、火焰稳定传热原理二、火焰稳定的均匀搅混热平衡原理二、火焰稳定的均匀搅混热平衡原理 和传热原理和传热原理1 1、用小型点火火焰稳定主火焰；、用小型点火火焰稳定主火焰；2 2、用钝体稳定火焰、用钝体稳定火焰 构成

22、回流区构成回流区三、湍流火焰的稳定方法三、湍流火焰的稳定方法图3-69 常见的钝体及其回流区和温度场3 3、用小股反向射流提高火焰稳定性、用小股反向射流提高火焰稳定性 构成回流区，且阻力损失小。构成回流区，且阻力损失小。 图图3-74 3-74 小股反向高速射流构成的回流区小股反向高速射流构成的回流区 和和火焰外形表示图火焰外形表示图三、湍流火焰的稳定方法三、湍流火焰的稳定方法 大速差同向小股高速射流，构成回流区。三、湍流火焰的稳定方法三、湍流火焰的稳定方法图3-75 大速差同向小股高速射流构成的回流区表示图4 4、用旋转射流稳定火焰、用旋转射流稳定火焰5 5、分散火焰的稳定、分散火焰的稳定 分散火焰分散火焰燃料气一边和周围的空气混合一边进燃料气一边和周围的空气混合一边进展熄灭。展熄灭。 分散火焰比预混火焰容易坚持稳定，分散火焰比预混火焰容易坚持稳定， 缘由：缘由： 1 1 射流边境层中总有某些部分区域的组射流边境层中总有某些部分区域的组分燃料和氧化剂的混合分燃料和氧化剂的混合 接近于化学计量比；接近于化学计量比； 2 2分散火焰不会发生回火。分散火焰不会发生回火。三、湍流火焰的稳定方法三、湍流火焰的稳定方