第5章 着火与熄火过程

1、第第5章着火与熄火过程章着火与熄火过程要求：掌握不同着火方式的特点及影响着要求：掌握不同着火方式的特点及影响着火、熄火的因素与规律，理解热自燃理论、火、熄火的因素与规律，理解热自燃理论、强迫着火理论及熄火理论。强迫着火理论及熄火理论。概述概述q燃烧装置的基本要求：燃烧装置的基本要求：从无化学反应向稳定强烈的放热反应的过渡过程。从无化学反应向稳定强烈的放热反应的过渡过程。q 熄火熄火从稳定强烈的放热反应向无化学反应的过渡过程。从稳定强烈的放热反应向无化学反应的过渡过程。q着火着火 迅速、可靠地点火迅速、可靠地点火 稳定的燃烧稳定的燃烧 防火、防爆防火、防爆概述概述q着火机理着火机理热自燃机理：热

2、自燃机理：当预混可燃气体受到外部热源加热，混合当预混可燃气体受到外部热源加热，混合气体温度升高到一定值后，化学反应放热量大于散热量，气体温度升高到一定值后，化学反应放热量大于散热量，系统由于热量的积累又促使混气温度继续升高，反应速系统由于热量的积累又促使混气温度继续升高，反应速率和放热速率加大，这种相互促进作用的结果，导致着率和放热速率加大，这种相互促进作用的结果，导致着火火 化学自燃机理：化学自燃机理：如果在可燃混气中存在链载体，且链载如果在可燃混气中存在链载体，且链载体产生速率大于链载体销毁速率时，即使在常温条件下，体产生速率大于链载体销毁速率时，即使在常温条件下，反应速率也可以自动加快而

3、达到着火。这类着火通常不反应速率也可以自动加快而达到着火。这类着火通常不需要由外界给予热量需要由外界给予热量 概述概述q着火方式着火方式自发着火：自发着火：一定体积的可燃混气加热到某一温度，在一定体积的可燃混气加热到某一温度，在该温度下，可燃混合气体所释放的热量大于散热量，该温度下，可燃混合气体所释放的热量大于散热量，反应能自行持续下去，而不需要外部再提供热量，或反应能自行持续下去，而不需要外部再提供热量，或者可燃混气中含有初始的链载体，且链载体产生的速者可燃混气中含有初始的链载体，且链载体产生的速率大于销毁的速度，使反应能自行持续下去，这种现率大于销毁的速度，使反应能自行持续下去，这种现象称

4、为自发着火象称为自发着火 强迫着火：强迫着火：又称点火。在可燃混气内某处，用外部能源又称点火。在可燃混气内某处，用外部能源点着一层混合气体，而后火焰燃烧波就自动传播到混气点着一层混合气体，而后火焰燃烧波就自动传播到混气的其余部分，因此强迫着火就是火焰的局部引发及相继的其余部分，因此强迫着火就是火焰的局部引发及相继的火焰传播的火焰传播 概述概述q着火方式的区别与联系着火方式的区别与联系 链锁（化学）自燃与热自燃均为整个空间的着火过链锁（化学）自燃与热自燃均为整个空间的着火过程，链锁自燃基于链锁反应机理，热自燃基于热活程，链锁自燃基于链锁反应机理，热自燃基于热活化机理，但前者也有热的作用，后者也有

5、活性中间化机理，但前者也有热的作用，后者也有活性中间产物的作用。产物的作用。 热自燃与点燃的区别在于整体加热与局部加热，着热自燃与点燃的区别在于整体加热与局部加热，着火机理均基于热活化。火机理均基于热活化。概述概述q影响着火与熄火的因素影响着火与熄火的因素化学动力学因素：化学动力学因素：燃料性质、混气成分、环境温度燃料性质、混气成分、环境温度流体力学因素：流体力学因素：气流速度、燃烧室结构尺寸气流速度、燃烧室结构尺寸着火的热自燃理论着火的热自燃理论一、着火条件一、着火条件在一定的初始条件（闭口系统）或边界条件（开口系统）在一定的初始条件（闭口系统）或边界条件（开口系统）下，由于化学反应的剧烈加

6、速，使反应系统在某个瞬间或空下，由于化学反应的剧烈加速，使反应系统在某个瞬间或空间的某部分达到高温反应态（即燃烧态），那么实现这个过间的某部分达到高温反应态（即燃烧态），那么实现这个过渡的初始条件或边界条件为渡的初始条件或边界条件为“着火条件着火条件”。着火条件不是一着火条件不是一个简单的初温条件，而是化学动力参数和流体力学参数的综个简单的初温条件，而是化学动力参数和流体力学参数的综合函数。合函数。0),(00udPTf0),(00udPTxfi闭口系统：闭口系统：开口系统：开口系统：着火的热自燃理论着火的热自燃理论一、着火条件一、着火条件利于着火的因素：反应放热（放热量与放热速率）利于着火的

7、因素：反应放热（放热量与放热速率）不利于着火的因素：散热不利于着火的因素：散热分析着火、熄火的基本出发点：分析着火、熄火的基本出发点：着火、熄火就是反应放热因素与散热因素着火、熄火就是反应放热因素与散热因素相互作用的结果。如果在某一系统中反应放热相互作用的结果。如果在某一系统中反应放热占优势，则着火容易发生（或熄火不易发生），占优势，则着火容易发生（或熄火不易发生），反之，则着火不易，熄火容易。反之，则着火不易，熄火容易。着火的热自燃理论着火的热自燃理论一、着火条件一、着火条件非稳态分析法非稳态分析法稳态分析法稳态分析法着火、熄火条件的分析方法：着火、熄火条件的分析方法：着火前系统处于稳定状态

8、，如着火前系统处于稳定状态，如果达到着火条件，则这种稳定态就果达到着火条件，则这种稳定态就不可能存在，在数学上表现为方程不可能存在，在数学上表现为方程的解不存在。的解不存在。着火是一个非稳态过程，考察着火是一个非稳态过程，考察过程随时间变化，确定着火条件过程随时间变化，确定着火条件着火的热自燃理论着火的热自燃理论二、非稳态分析法二、非稳态分析法分析对象：闭口系统分析对象：闭口系统分析理论：热自燃理论分析理论：热自燃理论热自燃理论热自燃理论：基本思想：基本思想：反应放热曲线与系统向环境散热曲线相切。反应放热曲线与系统向环境散热曲线相切。（范特霍夫、利恰及利耶、谢苗诺夫）（范特霍夫、利恰及利耶、谢

9、苗诺夫）当反应系统与周围介质间热平衡被破坏时就发生着火。当反应系统与周围介质间热平衡被破坏时就发生着火。着火临界条件：着火临界条件：二、非稳态分析法二、非稳态分析法分析模型：分析模型：在密闭容器中储存在密闭容器中储存着具有一定初始温度的着具有一定初始温度的可燃混合气，在进行化可燃混合气，在进行化学反应的同时，也通过学反应的同时，也通过容器向外界散热。容器向外界散热。 结果是在容器内形成了温度梯度和浓度梯度，即在容器中心，结果是在容器内形成了温度梯度和浓度梯度，即在容器中心，混气的温度较高、浓度较低；在器壁附近，混气的浓度较高、混气的温度较高、浓度较低；在器壁附近，混气的浓度较高、温度较低。温度

10、较低。计算单位容积计算单位容积内的放热速率内的放热速率温度分布温度分布浓度分布浓度分布导热微分方程导热微分方程扩散微分方程扩散微分方程谢苗诺夫提出了一种简化谢苗诺夫提出了一种简化的热理论，他认为容器内混气的热理论，他认为容器内混气的温度和浓度是均匀的，它们的温度和浓度是均匀的，它们只随时间变化。只随时间变化。二、非稳态分析法二、非稳态分析法简化：简化：（1）容器体积为）容器体积为V，表面积为，表面积为A，内，内部充满了温度为部充满了温度为 T0 ，浓度为，浓度为 0 的可的可燃混气。燃混气。（2）开始时，混气的温度与外界环境温度一样为）开始时，混气的温度与外界环境温度一样为 T0 ，反应过，反

11、应过程中，混气的温度为程中，混气的温度为T，并且随时间而变化。这时容器内的温，并且随时间而变化。这时容器内的温度和浓度仍是均匀的。度和浓度仍是均匀的。 （3）外界和容器壁之间有对流换热，对流换热系数为）外界和容器壁之间有对流换热，对流换热系数为 ，它，它不随温度变化。不随温度变化。二、非稳态分析法二、非稳态分析法热平衡方程：热平衡方程：)(00TTAVQWdtdTCVv2100)(qqTTVAQWdtdTCv着火成败取决于放热量与散热量的相互关系及其随着火成败取决于放热量与散热量的相互关系及其随温度而增长的性质。分析温度而增长的性质。分析q1和和q2随温度的变化，就可以随温度的变化，就可以得出

12、系统的着火特点，并导出着火的临界条件。得出系统的着火特点，并导出着火的临界条件。二、非稳态分析法二、非稳态分析法着火临界点：着火临界点：C点：非稳定点，两点：非稳定点，两种发展方向，对热自种发展方向，对热自燃而言不可能出现的燃而言不可能出现的工况。工况。A点：稳定点，对应点：稳定点，对应于一个反应速率很小于一个反应速率很小的缓慢氧化工况。的缓慢氧化工况。B点：临界工况。点：临界工况。二、非稳态分析法二、非稳态分析法对流换热系数对流换热系数 的影响：的影响：二、非稳态分析法二、非稳态分析法着火温度：着火温度：dTdqdTdqqq2121VARTEQRTEyKTTVAQRTEyKBBniBBni)

13、/()/exp()()()/exp()(200000ERTTTBB/20二、非稳态分析法二、非稳态分析法着火温度：着火温度：ETRRERETB04122ETRRERETB04122ERTTETRERTRERETB/)/2/21 (22200220200TTB若：E167 kJ / mol, T0=1000K, 则：0050TTTB二、非稳态分析法二、非稳态分析法热自燃特性：热自燃特性：1)/exp()/(000020RTERTypQKARTVEniVARTEQRTEyKRTpTTBBniB)/()/exp()(/2000000二、非稳态分析法二、非稳态分析法热自燃特性：热自燃特性：当当n=2（

14、二级反应）时，（二级反应）时，1)/exp(020040320RTEyQKTARVEp1)/exp(020034020RTEyEVQKARTp020032002ln21lnRTEyEVQKARTp谢苗诺夫方程谢苗诺夫方程二、非稳态分析法二、非稳态分析法热自燃的浓度界限：热自燃的浓度界限：020032002ln21lnRTEyEVQKARTp二、非稳态分析法二、非稳态分析法着火感应期着火感应期 i ：当混气由初始状态达当混气由初始状态达到温度急速上升所经历的到温度急速上升所经历的时间。时间。 210qqdtdTCV二、非稳态分析法二、非稳态分析法着火感应期着火感应期 i ：在着火感应期内，反应物

15、的浓度：在着火感应期内，反应物的浓度：000/ )(WyyBiByy0000/0000)(RTEneykW00000TTTTyyymBB)()(00TTCyyQBvBVBmBBCQTTTTTTyyy)(00000)/exp()(0000200RTEyEQkCRTnVi二、非稳态分析法二、非稳态分析法着火感应期着火感应期 i ：对于烃类燃料，反应级数近似为二级：对于烃类燃料，反应级数近似为二级：常数)()/exp(20030200yEQKTCRRTEpVi 压力、温度下降时，感应期增大。压力、温度下降时，感应期增大。相对于指数中的相对于指数中的T0，其，其影响很小，可视为常数影响很小，可视为常数

16、二、非稳态分析法二、非稳态分析法n托特斯理论托特斯理论1)/exp(02RTEKQARTEVnss简化谢苗诺夫的着火条件，得到更严格的着火感应简化谢苗诺夫的着火条件，得到更严格的着火感应期解。期解。12ssQwARTEV二、非稳态分析法二、非稳态分析法n托特斯理论托特斯理论引入两个时间量：引入两个时间量：sCw化学反应时间化学反应时间热松驰时间热松驰时间AVCVr二、非稳态分析法二、非稳态分析法n托特斯理论托特斯理论无化学反应时的能量方程：无化学反应时的能量方程：)(TTAdtdTCVV设设t0时时T=T1，积分：，积分：VCVAtTTTTexp1AVCVr二、非稳态分析法二、非稳态分析法n托

17、特斯理论托特斯理论eTTTT1设设tr时时即：当受热为即：当受热为T=T-T的气体，由于器壁的散热而的气体，由于器壁的散热而使温度使温度T下降下降e倍所需的时间。倍所需的时间。二、非稳态分析法二、非稳态分析法n托特斯理论托特斯理论用化学反应时间用化学反应时间c来归并化学动力参数：来归并化学动力参数：EsRTnoscwke自燃时的反应速率，可以自燃时的反应速率，可以根据自燃时的温度确定根据自燃时的温度确定 二、非稳态分析法二、非稳态分析法n托特斯理论托特斯理论2RTCEQVsrC12ssQwARTEV托特斯着火临界条件托特斯着火临界条件用特征时间简化谢苗诺夫的自燃条件：用特征时间简化谢苗诺夫的自

18、燃条件：二、非稳态分析法二、非稳态分析法n托特斯理论托特斯理论n着火感应期着火感应期ERTQwCssVi2考虑浓度变化考虑浓度变化22111)exp(112exp1ZZZZeTTTREkmosi不考虑浓度变化不考虑浓度变化TTRTEZm2二、非稳态分析法二、非稳态分析法n弗朗克卡门涅茨基理论弗朗克卡门涅茨基理论ERTQwCessVi211pnconstRTEiiln)1 (ln.ln二、非稳态分析法二、非稳态分析法着火感应期着火感应期 i ：二、非稳态分析法二、非稳态分析法着火感应期着火感应期 i ：三、稳态分析法三、稳态分析法n稳态分析法稳态分析法n弗朗克卡门涅茨基稳态分析法弗朗克卡门涅茨基

19、稳态分析法sswQgradTdiv)(密闭容器中无自然对流的混气，存在化学反密闭容器中无自然对流的混气，存在化学反应及导热效应，在稳定条件下的能量方程：应及导热效应，在稳定条件下的能量方程：e无因次化：无因次化：TTRTE222LRTEQwssLzLyLx;,三、稳态分析法三、稳态分析法n弗朗克卡门涅茨基稳态分析法弗朗克卡门涅茨基稳态分析法n着火条件着火条件,.constc不同的参数不同的参数会形成不同的温度会形成不同的温度分布，而着火意分布，而着火意味着由可能存在的稳态到不可能存在的稳态的过渡。味着由可能存在的稳态到不可能存在的稳态的过渡。存在某一临界值存在某一临界值c时，使时，使的解成为某

20、个具有临界性质的解成为某个具有临界性质的特解时，只要的特解时，只要稍做变化，就使系统的稳态解过渡到稍做变化，就使系统的稳态解过渡到不能具有稳态解。不能具有稳态解。三、稳态分析法三、稳态分析法n弗朗克卡门涅茨基稳态分析法弗朗克卡门涅茨基稳态分析法n着火条件着火条件eedd22edmdd22平板容器平板容器柱形容器柱形容器 m=1球形容器球形容器 m=2C的计算：的计算：三、稳态分析法三、稳态分析法n弗朗克卡门涅茨基稳态分析法弗朗克卡门涅茨基稳态分析法n着火条件着火条件edd22C的计算：的计算：以平板容器为例以平板容器为例0,01,0dd边界条件：边界条件：三、稳态分析法三、稳态分析法n弗朗克卡

21、门涅茨基稳弗朗克卡门涅茨基稳态分析法态分析法n着火条件着火条件C的计算：的计算：2222coshcoshln2cosh2coshlnaa,双曲余弦双曲余弦( )2zzeech z三、稳态分析法三、稳态分析法n弗朗克卡门涅茨基稳态分析法弗朗克卡门涅茨基稳态分析法n着火条件着火条件2/12cosh00.88CCdd三、稳态分析法三、稳态分析法n弗朗克卡门涅茨基稳态分析法弗朗克卡门涅茨基稳态分析法n着火条件着火条件ERTTTc22 . 122LRTEQwssc开口系统热自燃分析开口系统热自燃分析n着火位置着火位置 对开口系统也需要确定在什么样的边界条件下才对开口系统也需要确定在什么样的边界条件下才能

22、着火以及在空间何处着火。为了解决这个问题，能着火以及在空间何处着火。为了解决这个问题，可把系统不具备着火条件看成是具备着火条件的位可把系统不具备着火条件看成是具备着火条件的位置出现在无穷远处，这样着火条件和着火延迟两个置出现在无穷远处，这样着火条件和着火延迟两个概念就合二为一了，对着火问题的分析就归结为寻概念就合二为一了，对着火问题的分析就归结为寻找着火位置的问题。找着火位置的问题。开口系统热自燃分析开口系统热自燃分析n着火位置着火位置定常流动系统中，能量守恒方程和扩散方程为定常流动系统中，能量守恒方程和扩散方程为 ：()()psv grad C TdivgradTw Q()FFFsv gra

23、dYdiv DgradYw开口系统热自燃分析开口系统热自燃分析n着火位置着火位置无量纲化：无量纲化：, , , , FFFxyzLLLYTYTYvuuFFDTDT ssswww 开口系统热自燃分析开口系统热自燃分析n着火位置着火位置1()( )PrnspwLu graddivgradReC T u 1()( )nsFFFwLu gradYdivgradYRe ScYu ,FFoxoxYYYYuuTT边界条件：边界条件：开口系统热自燃分析开口系统热自燃分析n着火位置着火位置方程的通解：方程的通解：,FTlpFFDlYQPeDC TYYPeD,RePrTPe,ReDPeSc贝克莱贝克莱（Pecle

24、t）数）数 ,flcfFcsDLuYw邓克勒第一准则停留时间反应时间开口系统热自燃分析开口系统热自燃分析n着火位置着火位置,(,)0FTDlpYQf PePeDC T(,)0FlpYQf PeDC T着火条件：着火条件：在在Le=1的情况下的情况下: 开口系统中的热自燃分析开口系统中的热自燃分析n开系着火条件开系着火条件弗朗克弗朗克-卡门涅茨基对闭口系统的稳态分析法看作是卡门涅茨基对闭口系统的稳态分析法看作是定常流动系统中的欧拉分析方法定常流动系统中的欧拉分析方法定常流的两种分析方法：定常流的两种分析方法：拉格郎日分析法：把坐标建立在某个单元体上，追拉格郎日分析法：把坐标建立在某个单元体上，追

25、踪该单元体的参数随时间运动轨迹的变化。踪该单元体的参数随时间运动轨迹的变化。欧拉方法：考察整个流场空间中的参数随位置的变欧拉方法：考察整个流场空间中的参数随位置的变化规律化规律谢苗诺夫对闭口系统的非稳态分析法看作是定谢苗诺夫对闭口系统的非稳态分析法看作是定常流动系统中的拉格郎日分析法常流动系统中的拉格郎日分析法开口系统中的热自燃分析开口系统中的热自燃分析n开系着火条件开系着火条件拉格郎日分析法：追踪微元体（闭系）拉格郎日分析法：追踪微元体（闭系）sspQwgradTdivdtdTC能量方程：能量方程：ssssQTwgradTdivTQwgradTdiv着火条件：着火条件：开口系统中的热自燃分析

26、开口系统中的热自燃分析n开系着火条件开系着火条件 graddivgraddivnn无量纲化：无量纲化： CCC着火条件：着火条件：PeTCQfLTQwPeuTCLQwpssCfsspss2开口系统中的热自燃分析开口系统中的热自燃分析n开系着火条件开系着火条件TT能量方程：能量方程：TdxuTdTTVFgradTdivTTdgradTdiv4开口系统中的热自燃分析开口系统中的热自燃分析n开系着火条件开系着火条件 142dLgraddivn无量纲化：无量纲化： dL24 11 21RTE ssww开口系统中的热自燃分析开口系统中的热自燃分析n开系着火条件开系着火条件 CC2111CCRTE二次近似

27、：二次近似：ERTC1一次近似：一次近似：1C开口系统中的热自燃分析开口系统中的热自燃分析n开系着火条件开系着火条件TLQwERTdLss224着火条件着火条件dQwRTEss42ERTdLdLCC224141ssCCwwCC强迫着火（点燃）强迫着火（点燃）热自燃与点燃的区别：热自燃与点燃的区别：热自燃：热自燃：整个混合气的温度较高，反应和着火是在容器整个混合气的温度较高，反应和着火是在容器的整个空间进行的。的整个空间进行的。点燃：点燃：混合气的温度较低，混合气的部分气体受到高温混合气的温度较低，混合气的部分气体受到高温点火源的加热而反应，而在混合气的大部分空间中其化学反点火源的加热而反应，而

28、在混合气的大部分空间中其化学反应为零，其着火是在局部地区首先发生，然后向空间传播。应为零，其着火是在局部地区首先发生，然后向空间传播。常见的点燃方式：常见的点燃方式：炽热平板点火、火焰点火、电火花点火等炽热平板点火、火焰点火、电火花点火等强迫着火强迫着火一、热平板点燃理论一、热平板点燃理论惰性混气流过炽热平板惰性混气流过炽热平板燃料与氧化剂的均匀混气燃料与氧化剂的均匀混气流过炽热平板流过炽热平板强迫着火强迫着火一、热平板点燃理论一、热平板点燃理论0siyTxx强迫着火强迫着火一、热平板点燃理论一、热平板点燃理论0siyTxx热平板点燃临界条件：温度梯度等于零。热平板点燃临界条件：温度梯度等于零

29、。若若xi L，则点火成功；，则点火成功；若若xiL，则点火失败。，则点火失败。利用分区近似方法求解：利用分区近似方法求解：常数siRTEuxln由这个距离开始，壁面附近的由这个距离开始，壁面附近的气体不再接受热板表面所给予气体不再接受热板表面所给予的热量，反应将依靠气体自身的热量，反应将依靠气体自身的放热效应自动加速至着火的放热效应自动加速至着火强迫着火强迫着火二、电火花点火二、电火花点火电火花点火的两个阶段：电火花点火的两个阶段：电火花加热预混气使局部着火，形成初始的火焰中心电火花加热预混气使局部着火，形成初始的火焰中心初始的火焰中心向未着火的混合气传播初始的火焰中心向未着火的混合气传播传

30、播区混气压力、温传播区混气压力、温度、初温、混合比及度、初温、混合比及流动状况等流动状况等点火成功：点火成功：1）初始的火焰中心形成）初始的火焰中心形成2）出现稳定的火焰传播）出现稳定的火焰传播电极间隙距离、间隙内电极间隙距离、间隙内的混气比、压力、初温、的混气比、压力、初温、流动状况、混气性质及流动状况、混气性质及火花能量。火花能量。电火花点燃理论电火花点燃理论n混气点燃过程的温度分布混气点燃过程的温度分布电火花点燃理论电火花点燃理论n最小点火能量最小点火能量热气流层厚度标志着能量大小，当厚度小于某个热气流层厚度标志着能量大小，当厚度小于某个值时，由于导热带起的热值大于化学反应放出的热量，值

31、时，由于导热带起的热值大于化学反应放出的热量，则点火不成功；当厚度大于某个最小值时，就能出现则点火不成功；当厚度大于某个最小值时，就能出现温度回升并形成稳定温度分布而向混气中传播，这个温度回升并形成稳定温度分布而向混气中传播，这个临界气层厚度所对应的能量即临界气层厚度所对应的能量即最小点火能量最小点火能量。电火花点燃理论电火花点燃理论n最小点火能量最小点火能量电火花点燃混气需要一电火花点燃混气需要一个最小的火花能量，低于这个最小的火花能量，低于这个能量，混气不能点燃。这个能量，混气不能点燃。这一最小能量是随混气成分、一最小能量是随混气成分、性质、压力、温度和电极间性质、压力、温度和电极间距而变

32、化。距而变化。 (mm)电火花点燃理论电火花点燃理论n静止混气中电火花点燃理论静止混气中电火花点燃理论n假定：假定：n火花加热区为球形火花加热区为球形n电极间距足够大，电极对火花熄火作用可忽略电极间距足够大，电极对火花熄火作用可忽略n火花点燃混气完全是热的作用火花点燃混气完全是热的作用n反应为二级反应反应为二级反应n球形火花的最高温度是混气理论燃烧温度球形火花的最高温度是混气理论燃烧温度n点火成功时在火焰厚度内形成温度从点火成功时在火焰厚度内形成温度从Tm到到T0稳定的稳定的分布分布电火花点燃理论电火花点燃理论n静止混气中电火花点燃理论静止混气中电火花点燃理论 如果电火花已经点燃了某个最如果电

33、火花已经点燃了某个最小火球尺寸的混气，并形成了稳小火球尺寸的混气，并形成了稳定的火焰传播，则在传播的开始定的火焰传播，则在传播的开始瞬间必然满足火球内混气化学反瞬间必然满足火球内混气化学反应放出的热量等于火球表面向外应放出的热量等于火球表面向外导走的热量。即导走的热量。即min2min203min4)exp(34rrmOXFFdrdTrRTEffQkrT电火花点燃理论电火花点燃理论n静止混气中电火花点燃理论静止混气中电火花点燃理论TTdrdTmrrmin其中其中是火焰前锋宽度，若进一步假设焰锋宽度与最小火是火焰前锋宽度，若进一步假设焰锋宽度与最小火球半径成正比关系球半径成正比关系 mincr令

34、：min2min203min4)exp(34rrmOXFFdrdTrRTEffQkrT电火花点燃理论电火花点燃理论n静止混气中电火花点燃理论静止混气中电火花点燃理论2120minexp)(3OXFFmmffQckRTETTrpFmCQTT2120min) )exp(3(mOXFpRTEffCckr电火花点燃理论电火花点燃理论n静止混气中电火花点燃理论静止混气中电火花点燃理论)(343min1minTTCrkEmp)23exp()(2minmmRTETTE常数mmRTEpTTTE23ln2ln2lnmin常数电火花点燃理论电火花点燃理论n流动混气中电火花点燃理论流动混气中电火花点燃理论电火花点燃

35、理论电火花点燃理论n流动混气中电火花点燃理论流动混气中电火花点燃理论n假设：假设：n在流动混气中电火花呈在流动混气中电火花呈U字型，字型，设当时间设当时间t=时达到最大火花通时达到最大火花通路路n对点火起作用的仅中间部分，对点火起作用的仅中间部分，称为线源称为线源n线源温度为理论燃烧温度线源温度为理论燃烧温度Tmn当线源半径达到临界半径当线源半径达到临界半径rmin时，时，周围混气被点燃周围混气被点燃电火花点燃理论电火花点燃理论n流动混气中电火花点燃理论流动混气中电火花点燃理论n线源点火成功的热平衡式线源点火成功的热平衡式minmin202min2)exp(crTTdrRTEffQdkrmmO

36、XFF2120minexp)(2OXFFmmffQckRTETTr假定混气为层流流动：假定混气为层流流动：电火花点燃理论电火花点燃理论n流动混气中电火花点燃理论流动混气中电火花点燃理论n线源点火成功的热平衡式线源点火成功的热平衡式TTCdrEmPd2minOXFFmmPdffQckRTETTCdE02exp)(2电火花点燃理论电火花点燃理论n流动混气中电火花点燃理论流动混气中电火花点燃理论n线源点火成功的热平衡式线源点火成功的热平衡式2sdEdPu td假定假定ES为火花的总能量，为火花的总能量，则任意时刻线源的功率为：则任意时刻线源的功率为：dduudEdtEdtuddtPEssdd2ln2

37、200电火花点燃理论电火花点燃理论n流动混气中电火花点燃理论流动混气中电火花点燃理论n线源点火成功的热平衡式线源点火成功的热平衡式dduconstpEus2ln2dduudEffQckRTETTCdsOXFFmmP2ln2exp)(202对于给定混气：对于给定混气：电火花点燃理论电火花点燃理论n流动混气中电火花点燃理论流动混气中电火花点燃理论n线源点火成功的热平衡式线源点火成功的热平衡式当混气为湍流流动时：当混气为湍流流动时： ufdduudEs2ln湍流脉动速度湍流脉动速度热射流点火热射流点火n热射流点火简化理论热射流点火简化理论热射流点火热射流点火n热射流点火简化理论热射流点火简化理论xi

38、为着火距离，为着火距离， xp为射流核心区长度为射流核心区长度点火失败点火成功pipixxxx熄火理论分析熄火理论分析n理想燃烧室的着火、熄火现象的描述理想燃烧室的着火、熄火现象的描述着火完成后建立了燃烧工况，这时燃料的浓度着火完成后建立了燃烧工况，这时燃料的浓度会变小，放热规律也大不相同。会变小，放热规律也大不相同。 以密闭容器为例，近似地认为在有散热时其中以密闭容器为例，近似地认为在有散热时其中的浓度也按绝热燃烧的规律下降，则二级反应有：的浓度也按绝热燃烧的规律下降，则二级反应有：RTETTTTfkQqmmossGexp)(22TTVFqL散热：散热：放热：放热：熄火理论分析熄火理论分析n

39、理想燃烧室的着火、熄火现象的描述理想燃烧室的着火、熄火现象的描述VA这时的工作点可能有三个：这时的工作点可能有三个：缓慢的氧化工况、强烈反应的燃烧工况、不稳定的中间工况。缓慢的氧化工况、强烈反应的燃烧工况、不稳定的中间工况。熄火理论分析熄火理论分析n理想燃烧室的着火、熄火现象的描述理想燃烧室的着火、熄火现象的描述n理想燃烧室理想燃烧室n混合气进入燃烧室立即反应，燃烧室内参数均匀一致，混合气进入燃烧室立即反应，燃烧室内参数均匀一致，容器壁绝热，进、出口参数如图所示容器壁绝热，进、出口参数如图所示n反应为单分子、一级反应反应为单分子、一级反应n散热指燃烧产物从燃烧室带走的热量散热指燃烧产物从燃烧室

40、带走的热量n简化了能量、质量守恒方程，又可反映着火与熄火的简化了能量、质量守恒方程，又可反映着火与熄火的相互关系与本质相互关系与本质VA熄火理论分析熄火理论分析n理想燃烧室的着火、熄火现象的描述理想燃烧室的着火、熄火现象的描述n守恒方程守恒方程VARTEfkVQwVQqoxoxoxoxoxGexp)(TTGCqpLRTEfVkVwgoxoxoxGexp)(,oxoxLffGg熄火理论分析熄火理论分析n理想燃烧室的着火、熄火现象的描述理想燃烧室的着火、熄火现象的描述n守恒方程守恒方程n在稳态条件下：在稳态条件下：VA)(expTTGCRTEfkVQpoxoxox)(exp,oxoxoxoxffG

41、RTEfVkLGLGggqqn理想燃烧室的着火、熄火现象的描述理想燃烧室的着火、熄火现象的描述n守恒方程无量纲化守恒方程无量纲化熄火理论分析熄火理论分析VA,11oxoxffoxoxpQfTTC,2)(反应程度（放热率）：反应程度（放热率）：散热率：散热率：无量纲温度：无量纲温度：ERT无量纲停留时间：无量纲停留时间：oxcfcfkuL1混合物无量纲发热量：混合物无量纲发热量：poxoxECQRf,n理想燃烧室的着火、熄火现象的描述理想燃烧室的着火、熄火现象的描述n守恒方程无量纲化守恒方程无量纲化熄火理论分析熄火理论分析VA21111exp111exp11exp1121n理想燃烧室的着火、熄火现象的描述理想燃烧室的着火、熄火现象的描述n着火、熄火的临界条件着火、熄火的临界条件熄火理论分析熄火理论分析VAn理想燃烧室的着火、熄火现象的描述理想燃烧室的着火、熄火现象的描述n着火、熄火的临界条件着火、熄火的临界条件熄火理论分析熄火理论分析VA熄火理论分析熄火理论分析n理想燃烧室的着火、熄火现象的描述理想燃烧室的着火、熄火现象的描述n熄火滞后熄火滞后VAn理想燃烧室的着火、熄火现象的描述理想燃烧室的着火、熄火现象的描述n着火、熄火的临界条件着火、熄火的临界条件熄火理论分析熄火理论分析VA212111exp112111exp1exp122m2211n理想燃烧室的着火、熄火现