燃烧学9-非预混火焰ppt课件

1、熄灭学9-非预混火焰n火焰分类n分散火焰特点n层流分散火焰构造n湍流分散火焰第一节第一节 火焰分类火焰分类一一 分散熄灭与预混熄灭概念分散熄灭与预混熄灭概念预混火焰预混火焰在发生化学反响之前，反响物曾经均匀地混合，预在发生化学反响之前，反响物曾经均匀地混合，预混射流燃料与空气混合物直接构成的火焰混射流燃料与空气混合物直接构成的火焰分散火焰分散火焰在发生化学反响之前，燃料和氧化剂是分开的，依在发生化学反响之前，燃料和氧化剂是分开的，依托分子分散和整体的对流运动湍流分散使反响托分子分散和整体的对流运动湍流分散使反响物分子在某一个区域混合，接着进展熄灭反响物分子在某一个区域混合，接着进展熄灭反响燃料

2、熄灭所需的时间燃料熄灭所需的时间= m+ r= m+ r燃料与空气混合时间燃料与空气混合时间mm流动特征时间流动特征时间熄灭反响时间熄灭反响时间r r 化学反响化学反响时间时间Da= m /rDa= m /r分散熄灭：分散熄灭： m r, m m r, m 化学反响进展得很快，熄灭快慢主要取决于混合速化学反响进展得很快，熄灭快慢主要取决于混合速度，与化学反响速度关系不大度，与化学反响速度关系不大预混熄灭：预混熄灭： m r, r m r, r 混合过程进展得很快，熄灭快慢主要取决于化学反混合过程进展得很快，熄灭快慢主要取决于化学反响速度响速度( (化学动力要素化学动力要素) )，与混合过程关系

3、不大，与混合过程关系不大动力动力- -分散熄灭分散熄灭熄灭的快慢既与化学动力要素有关，也与混合过程熄灭的快慢既与化学动力要素有关，也与混合过程有关有关本生灯本生灯一次空气耗费系数一次空气耗费系数1：从底部吸入的空气为一次空气量：从底部吸入的空气为一次空气量二次空气耗费系数二次空气耗费系数2：从出口引射所得的空气为二次空气量：从出口引射所得的空气为二次空气量总空气耗费系数：总空气耗费系数： = 1 + 21 1 =0，熄灭所需的空气全部由外界环，熄灭所需的空气全部由外界环境经过引射提供，属于分散熄灭；境经过引射提供，属于分散熄灭；2 1 1，从本生灯的底部供入的空气充，从本生灯的底部供入的空气充

4、足，熄灭过程完全由化学反响的快慢控制，足，熄灭过程完全由化学反响的快慢控制，属于动力熄灭；属于动力熄灭；3 01 1，当管，当管中混气为贫油时中混气为贫油时的动力火焰。此的动力火焰。此时混气中有足够时混气中有足够氧气，不需求从氧气，不需求从外界获取氧气，外界获取氧气，故火焰光滑，随故火焰光滑，随着着1增大，火焰增大，火焰变长变长(b)1 =1，化学恰当比化学恰当比下的动力火下的动力火焰。此时温焰。此时温度高，火焰度高，火焰传播速度快，传播速度快，故火焰高度故火焰高度最短最短(c)1 1，富油熄灭，富油熄灭，此时混气燃料多而此时混气燃料多而氧气少，故有剩余氧气少，故有剩余燃料。此时出现两燃料。此

5、时出现两个火焰锋面，内焰个火焰锋面，内焰大致相当于大致相当于1 =1的的动力型火焰，外焰动力型火焰，外焰面为剩余燃料经分面为剩余燃料经分散获得外界氧气熄散获得外界氧气熄灭而构成，称为分灭而构成，称为分散火焰，内焰温度散火焰，内焰温度较高，外焰那么较较高，外焰那么较低低(d)1 =0，管中供应的管中供应的为纯油气。为纯油气。所需氧气全所需氧气全部从外界获部从外界获得，故为纯得，故为纯分散熄灭，分散熄灭，火焰最长火焰最长分散火焰分散火焰层流分散火焰层流分散火焰质量分散以分子分散方式实现质量分散以分子分散方式实现湍流分散火焰湍流分散火焰质量分散以气团分散方式实现质量分散以气团分散方式实现分散熄灭过程

6、取决于混合过程。流动速度、流动形分散熄灭过程取决于混合过程。流动速度、流动形状和混合方式等起决议性作用，而化学动力学参数状和混合方式等起决议性作用，而化学动力学参数影响不大影响不大强化分散熄灭的有效措施是加强混合过程，改善掺强化分散熄灭的有效措施是加强混合过程，改善掺混条件混条件第二节第二节 分散火焰特点分散火焰特点分散火焰不产生回火，但温度低分散火焰不产生回火，但温度低分散熄灭容易产生碳氢化合物的热分解分散熄灭容易产生碳氢化合物的热分解湍流分散火焰的稳定性：湍流分散火焰的稳定性： 火焰既不被吹跑脱火、吹熄也不产生回火，火焰既不被吹跑脱火、吹熄也不产生回火，而是一直而是一直“悬挂在管口。悬挂在

7、管口。当气流速度过大时，分散火焰被吹熄当气流速度过大时，分散火焰被吹熄第三节第三节 层流分散火焰构造层流分散火焰构造过通风火焰过通风火焰氧化剂流量超越燃料熄灭氧化剂流量超越燃料熄灭所需的化学恰当量即总所需的化学恰当量即总的氧化剂过量。火焰接的氧化剂过量。火焰接近圆柱管的中心线上近圆柱管的中心线上欠通风火焰欠通风火焰燃料量超越化学计量值，燃料量超越化学计量值，即燃料过量，火焰向即燃料过量，火焰向外壁蔓延外壁蔓延在在“快速化学反响的极限条件下，化学反响时间快速化学反响的极限条件下，化学反响时间chemchem远小远小于流动特征时间于流动特征时间chem transport(chem transpo

8、rt(或或diffusion)diffusion)火焰构造由反响物和能量的分子火焰构造由反响物和能量的分子分散决议即分散过程是最慢的、分散决议即分散过程是最慢的、控制反响速度的过程，火焰可控制反响速度的过程，火焰可以从分开燃料和氧化剂的外表取以从分开燃料和氧化剂的外表取一个薄层来模拟。一个薄层来模拟。火焰处燃料和氧化剂的质量分散流率为化学恰当比。火焰处燃料和氧化剂的质量分散流率为化学恰当比。由于由于chem transport(chem transport(或或diffusion)diffusion)故燃料和氧化剂浓度在火焰面上为故燃料和氧化剂浓度在火焰面上为0 0层流流动时，混合以分子分散方

9、式进展，在两股对流交界层流流动时，混合以分子分散方式进展，在两股对流交界面上，燃料向空气射流分散，空气向燃料分散，在面上，燃料向空气射流分散，空气向燃料分散，在=1处处构成火焰锋面构成火焰锋面在火焰锋面，燃料浓度和氧气浓度均为零，燃料产物浓度在火焰锋面，燃料浓度和氧气浓度均为零，燃料产物浓度到达最大值，然后向两侧分散到达最大值，然后向两侧分散焰面外侧：焰面外侧：空气空气+ +熄灭产物熄灭产物焰面内侧：焰面内侧：燃料燃料+ +熄灭产物熄灭产物焰面：焰面：燃料与空气的实际浓度为零燃料与空气的实际浓度为零层流分散火焰的温度和各组分浓度的分布规律层流分散火焰的温度和各组分浓度的分布规律在射流速度较低在

10、射流速度较低时，火焰坚持层时，火焰坚持层流形状，火焰前流形状，火焰前沿面光滑、稳定、沿面光滑、稳定、亮堂、明晰亮堂、明晰随着射流速度添随着射流速度添加，火焰高度添加，火焰高度添加，直到某一最加，直到某一最大值，此时火焰大值，此时火焰依然坚持层流依然坚持层流在增大射流速度，顶在增大射流速度，顶部开场出现颤抖、皱部开场出现颤抖、皱折、破裂，阐明端部折、破裂，阐明端部出现湍流，由于湍流出现湍流，由于湍流脉动，湍流分散混合脉动，湍流分散混合加快，熄灭速度添加，加快，熄灭速度添加，使火焰高度缩短使火焰高度缩短继续添加射流速度，火焰端部的继续添加射流速度，火焰端部的湍流区长度添加，开场颤抖、皱湍流区长度添

11、加，开场颤抖、皱折、破裂的点转变点向喷口折、破裂的点转变点向喷口方向挪动，火焰的总高度那么明方向挪动，火焰的总高度那么明显缩短，直到破裂点接近喷口。显缩短，直到破裂点接近喷口。此时火焰到达完全湍流形状，以此时火焰到达完全湍流形状，以后破裂点位置不变或与管口间后破裂点位置不变或与管口间隔略有缩短、火焰高度趋于定隔略有缩短、火焰高度趋于定值，但噪音添加值，但噪音添加第四节第四节 湍流分散火焰湍流分散火焰分散熄灭火焰长度的变化规律分散熄灭火焰长度的变化规律1层流分散火焰区：火焰高度长度与层流分散火焰区：火焰高度长度与气流速度成正比，流速添加，分散系数变化气流速度成正比，流速添加，分散系数变化不大，随

12、着流速上升，火焰长度添加；不大，随着流速上升，火焰长度添加；2分散火焰过渡区：火焰高度长度随分散火焰过渡区：火焰高度长度随气流速度的增大而减小，喷嘴附近为层流火焰，气流速度的增大而减小，喷嘴附近为层流火焰，上部为湍流火焰，气流速度越大，层流状火焰上部为湍流火焰，气流速度越大，层流状火焰长度越短；长度越短；3湍流火焰区：气流速度大于临界速度后，湍流火焰区：气流速度大于临界速度后，气流分开喷口便呈湍流形状，火焰长度不随气气流分开喷口便呈湍流形状，火焰长度不随气流速度而变化流速添加，分散系数相应添加，流速度而变化流速添加，分散系数相应添加，火焰长度变化不大，但是火焰有褶皱和噪音火焰长度变化不大，但是

13、火焰有褶皱和噪音火焰高度火焰高度RRvvRevRDvRHDQDQHttmml222:;:2:湍流扩散系数体积流量层流根据射流方式不同，湍流分散火焰大致可分为：根据射流方式不同，湍流分散火焰大致可分为：1自在射流湍流分散火焰自在射流湍流分散火焰2受限射流湍流分散火焰受限射流湍流分散火焰3同心射流湍流分散火焰同心射流湍流分散火焰4旋转射流湍流分散火焰旋转射流湍流分散火焰5逆向射流湍流分散火焰逆向射流湍流分散火焰相对于层流分散火焰，湍流分散火焰要复杂得多，很难用分相对于层流分散火焰，湍流分散火焰要复杂得多，很难用分析的方法求解。主要靠数值方法求解。也有一些关于火焰长析的方法求解。主要靠数值方法求解。

14、也有一些关于火焰长度和半径的阅历公式度和半径的阅历公式对于燃料自在射流产生的垂直火焰，取决于以下对于燃料自在射流产生的垂直火焰，取决于以下4个要素：个要素：1初始射流动量通量与作用在火焰上的力之比，即火焰弗初始射流动量通量与作用在火焰上的力之比，即火焰弗卢德数卢德数Frf2化学恰当燃料质量百分数化学恰当燃料质量百分数fs=1/(L0+1)3喷管内流体密度与环境气体密度之比喷管内流体密度与环境气体密度之比e/ 4初始射流直径初始射流直径di2/1*2/14/12/3/:,/:/:）（即动量直径综合为一个参数直径与初始射流境密度之比将喷管内流体密度与环为出口流速为燃烧特征温度，其中火焰弗卢德数定义

15、如下ejjjeefjfeerfdddvTgdTTfvF235:)07. 01 (5 .135:)/(:*5/125/2*2/1*LFFFLFdfLLdfLLrfrfrfrfjsfejsf验公式为，无因次火焰长度的经在动量其主要作用区域验公式为，无因次火焰长度的经在浮力起主要作用区域或式无因次火焰长度经验公甲烷射流火焰的长度比丙烷小的缘由：甲烷射流火焰的长度比丙烷小的缘由：1出口动量对甲烷射流火焰长度的影响其主要作用，使得出口动量对甲烷射流火焰长度的影响其主要作用，使得甲烷射流火焰的无量纲长度比丙烷的长；甲烷射流火焰的无量纲长度比丙烷的长；2甲烷出口密度很小，使得动量直径显著变小，这个较小甲烷出口密度很小，使得动量直径显著变小，这个较小的动量直径是使得甲烷火焰长度变小的关键要素虽然甲烷的动量直径是使得甲烷火焰长度变小的关键要素虽然甲烷的化学计量系数比丙烷小，但它的影响比动量直径要小得多的化学计