层流预混火焰

层流预混火焰第1页/共196页2023/4/12祝大家青年节快乐！第2页/共196页卷面成绩分布2023/4/13第3页/共196页期中总体成绩分布2023/4/14第4页/共196页第1题要组成1摩尔的C8H18-空气混合物，当Φ=2/3时，需要多少空气量？如果这一混合物进行燃烧，请给出燃烧后的产物的组成（分别按质量分数和摩尔分数来表示），假设燃烧为完全燃烧。2023/4/15第5页/共196页Φ=2/3时反应方程式为：即：所以对1mol的混合物，需要的空气量为：mol2023/4/16第6页/共196页第2题假设在化学当量比条件下，计算C3H8

和O2

燃烧的理论燃烧温度，产物有50%的回流，并假设产物分解（H，O，OH,…）等可以忽略。即产物仅考虑为水和二氧化碳。（且燃料温度为298K，氧气浓度为398K，回流的烟气的温度为448K，理想气体，压力为1atm）2023/4/17第7页/共196页2023/4/18在化学当量比条件下的反应方程式为：在有50%的产物回流的时候，最后平衡时的反应方程式为：定压绝热燃烧，所以反应物和产物的焓应相等，TFuel=298K,TOxygen=398K，Trecirculation=448K，所以，假设理论燃烧温度为3100K，定性温度约为1700K，则有：T=3108K第8页/共196页第3题2023/4/19假设对化学反应H2O+CO=CO2+H2

，其在1100K和p=1大气压下的平衡常数K=1，试计算在atp=8atm,T=1100K下的平衡常数K答：平衡常数对于一个反应来说，是只与温度有关的一个函数，所以从公式可以看出，平衡常数与压力无关，只和温度相关。所以，在p=8atm,T=1100K下的平衡常数K=1。第9页/共196页第4题2023/4/110下述反应中哪些是基元反应，哪些不是？哪些又是没有更多的信息是无法确定是否是基元反应？1H2+Br2

2HBr22H2+O22H2O3O+H2OH+H42O+CH3CO+OH+2H5H+O2OH+O6N2+O22NO7H+H+MH2+M8NO+NO+O2NO2+NO29C3H8+MC2H5+CH3+M基元反应： 3，5：只断一个键，生成一个键；7，只形成一个新键，M传递能量；9，只断一个键，M传递能量；非基元反应： 1，断两个键，生成两个键，且对碰撞的方向要求高；2，断三个键，形成四个键，且对碰撞的方向要求高；4，断三个键，形成两个键；6，断两个键，形成两个键，且对碰撞的方向要求高附加条件：8，断一个键，形成两个键，在高压高温的情况下可能为基元反应。第10页/共196页第5题2023/4/111在各种工业品的制造中都需要加入阻燃剂，一般采用卤素类元素作为阻燃剂，试从你学习的化学动力学知识分析其阻燃原理。答：卤素元素结合自由基形成稳定的化合物，使得自由基的浓度减少，从而减缓反应的进行，达到阻燃的目的。第11页/共196页第6题2023/4/112第12页/共196页2023/4/113第13页/共196页2023/4/114内容概述物理描述简化分析完全分析影响火焰速度和厚度的因素不同燃料的火焰速度熄火，可燃性和点火火焰稳定性总结第14页/共196页2023/4/115概述应用:对湍流火焰研究的重要性基本特征简化分析完全分析实验数据火焰速度；火焰形状；火焰稳定性；吹熄（blow-off;blow-out）；回火可燃性；点火；熄灭（extinction）第15页/共196页2023/4/116第16页/共196页2023/4/117物理描述定义主要参数典型的实验室火焰第17页/共196页2023/4/118UnderstandingFlamesJetBurner:2000W/cm2StoichiometricburntemperaturePremixedFlame:1000W/cm2StoichiometricburntemperatureDiffuseFlame:0.1-10W/cm2Lowerburntemperature;

non-stoichiometric第18页/共196页燃料與潔淨燃燒實驗室第19页/共196页2023/4/120Triple-pumpCARSmeasurementsperformedinlaminarhydrogen/airdiffusionflame.Simultaneousacquisitionofsingle-shotH2/N2andH2/O2

spectrademonstrated.Triple-PumpCARSExperiments第20页/共196页2023/4/121PremixedResultsfromgaseousreactantsthataremixedpriortocombustionFlamepropogatesatvelocitiesslightlylessthanafewm/sConsideredconstantpressurecombustionReactsquiterapidlyExample:SparkIgnitionEngine第21页/共196页2023/4/122LaminarPremixedEx.BunsenBurnerFlamemovesatfairlylowvelocityMechanicallycreatelaminarconditionsDiffusionEx.CandleFlameFuel:Wax,Oxidizer:AirReactionzonebetweenwaxvaporsandair第22页/共196页PrincipleofFlameStabilization

byLow-swirlFuel/AirmixturePropagatingagainstthedivergentflow,theflamesettleswherethelocalvelocityequalstheflamespeedSmallinclinedairjetsswirltheperimeterofthefuel/airmixtureAdivergenceflowregionisgeneratedabovetheburnertubeTheswirlerisrecessedfromtheburnerexitbyadistanceLtoallowinteractionbetweenthecoreandtheswirlflow第23页/共196页VaneSwirlerforPracticalLSBsAngledvanestoinduceswirlingmotioninannulusCenterchannelallowssomepremixturetobypassswirlannulusScreenbalancespressuredropsbetweenswirlandcenterflowsNewdefinitionofswirlnumber,S,forscalingtodifferentsizesRatioofcenterchannelradiustoburnerradius0.8<R=Rc/Rb=0.5Straightorcurvedvanewithangles37o<a<45oRatioofmassflowratesthroughcenterchannelandswirlannulus

0.3<m<0.5第24页/共196页2023/4/125UniqueFeaturesofLSBCanOvercomeLimitationsofPremixedCombustionFreelypropagatingpremixedturbulentflameUnattachedandliftedflameFlamestabilizationdoesnotrelyonflowrecirculationStableunderveryrichtoultraleanconditionsHighturn-downexceeding50:1EmissionsnothighlysensitivetodegreeofmixingSimpledesigncompatibletocurrenthardwareFlashbackconditionscanbepredictedNoflameoscillationstowardsleanblow-off第25页/共196页2023/4/126VaneSwirlerScalable

toDifferentSizes2.54cmLSBforwaterheaters

(6kWto30kW)12.7cmLSBforboilers(150kWto3MW)6.35cmLSIfor

gasturbines(7MW)Appliedswirlnumbercriterion0.4<S<0.55toscaleLSBupto30cmdiameterat8MWoutput第26页/共196页2023/4/127Evaluate12.7cmLSBinCommercialWatertubeBoilerwithExternalFGRUseblowerandcontrolsforthecommercialproductPerformancetargetsNOx<12ppmand<9ppm.15to2MW,5:1turn-downf>0.87,<35%FGRLSBexceededmosttargets<9ppmNOxwith

<12%FGRatf=0.87

at1.2MWPressureslightlyhigherthanconventionalburners2ndprototypecanreducepressurerequirementby40%第27页/共196页2023/4/128<5ppmNOxConcept:LSB+FGR

andPartialReformedNaturalGasExploitcombustionfeaturesofhydrogen-enrichednaturalgasflamesUseLSBtocapturethesebenefitsIncorporateapartialreformertoproduceproperH2:CH4ratioDemonstratedinwaterheatersimulatorNaturalGasRadiantsectionofboilerConvectivesectionStack

Nat.gas+Fluegas+ReformedgasReformerfluegasSteamAirfanFluegasABBurner0.7<f<0.9

0<FGR<0.3

PRNG=0and0.05Reformerat650C

CH4=0.12l/s

steam=0.04l/sSteam(5%)hasnoeffectonLSB第28页/共196页2023/4/129CurrentDLNGasTurbineEngines

UseHigh-SwirlInjectors(HSI)CenterbodypromotesformationofrecirculationtoentrainandignitefreshmixtureFlameattachmentatcenterbodyrim第29页/共196页2023/4/130LSIcanbeConfiguredatAtmosphericPressureandLowVelocitiesRemovedcenterbodyfromSoLoNOxswirlerFittedwithanexittubeandcenterchannelscreenOptimizedflameliftoffat6-8m/s第30页/共196页2023/4/131VP130(98)-004Titan130双轴燃气轮机1997投入运行由金牛70动力学模型放大初始功率-18,300hp(ISO)热效率-34.5%14-级轴流压缩机倾斜预混燃烧室多孔冷却火焰筒和可调机构喷嘴2-级燃气发生器和2-级动力涡轮第31页/共196页2023/4/132Titan130燃烧室可变空气阀燃烧室火焰筒外壳喷嘴VP130(98)-022SoLoNOx(干燥低排放NOx)第32页/共196页2023/4/133Titan130燃烧室

可调机构阀可调空气阀机械机构燃烧室外壳VP130(98)-023喷嘴法兰第33页/共196页2023/4/134Titan130

可调机构阀和喷嘴电动执行机构空气进口可调阀低预混喷嘴VP130(98)-024第34页/共196页2023/4/135火焰的定义亚音速下，局部燃烧区域可自维持的传播.局部亚音速不连续的燃烧:爆燃（deflagration)超音速:爆震(detonation)第35页/共196页2023/4/136主要参数温度分布火焰速度SL第36页/共196页2023/4/137快速化学反应区缓慢反应第37页/共196页2023/4/138典型实验室火焰本生灯一维平面火焰绝热燃烧器非绝热燃烧器第38页/共196页2023/4/139第39页/共196页2023/4/140第40页/共196页2023/4/141第41页/共196页2023/4/142第42页/共196页2023/4/143例题8.1一个稳定燃烧的层流预混火焰，混合气可视为一维流动，其轴向速度

vu与水平坐标x呈线性关系，如图8.6所示，试确定火焰形状以及火焰面与轴向所呈的局部角度。

假设火焰速度均为0.4m/s,（一般化学当量比下甲烷－空气预混火焰的速度）第43页/共196页2023/4/144求解根据图8.7，可以通过公式8.2来计算火焰面与轴向平面所呈的角度。其中，根据图8.6第44页/共196页2023/4/145第45页/共196页2023/4/146第46页/共196页2023/4/147因此，有计算结果绘于图8.6（上图），当x=0时,角度为30º;当x=20时,角度为19.5º为了计算火焰位置，我们先在x-z平面上得到火焰面局部斜率(dz/dx)的表达式，然后对其求积分解出z(x)，根据图8.7我们可以看到：第47页/共196页2023/4/148A/SL=2，B/SL=0.05求积分得：第48页/共196页2023/4/149第49页/共196页2023/4/150简化分析(基于Spalding的理论)传热传质化学动力学热力学目标：找出层流火焰速度的简化表达形式.第50页/共196页2023/4/151建模对于燃烧研究是非常重要的:尚无精确的理论我们需要通过建模做模拟计算:物理描述(物理模型)假设守恒方程(数学模型)求解(解析解或数值解)结果分析或与实验进行比较第51页/共196页2023/4/152假设1.一维，稳流，constant-area,2.动能、势能、粘性力做功以及热辐射均忽略3.忽略火焰面两侧微小的压力差;即压力恒定4.热扩散和质扩散由傅立叶（Fourier）定律及费克（Fick）定律决定－－二元扩散（Binarydiffusion）.第52页/共196页2023/4/1535.刘易斯（Lewis）数Le：热扩散率与质扩散率的比,Le＝1.即k/cp=D,大大简化了能量方程。第53页/共196页2023/4/1546.混合物的比热不受温度或组分的控制。相当于假设所有组分的比热均为常数且相等。7.燃料与氧化剂经一步放热反应生成燃烧产物。8.氧化剂为化学当量值或过量；即燃料完全氧化。第54页/共196页2023/4/155火焰分析的控制体Δxx=+x=-x控制体T(x)第55页/共196页2023/4/156守恒定律质量:或第56页/共196页2023/4/157组分或者，根据费克定律第57页/共196页2023/4/1581kg燃料+vkg氧化剂(v+1)kg即,燃料第58页/共196页2023/4/159氧化剂产物第59页/共196页2023/4/160能量重排:第60页/共196页2023/4/161我们的任务：找到SL第61页/共196页2023/4/162解边界条件:距离火焰无限远处：第62页/共196页2023/4/163T(x)-0x分析层流预混火焰时的假设温度分布第63页/共196页2023/4/164第64页/共196页2023/4/165第65页/共196页2023/4/166第66页/共196页2023/4/167第67页/共196页2023/4/168第68页/共196页2023/4/169例8.2用简化方法的结果(上述)来计算化学当量的丙烷空气混合物的层流火焰传播速度。采用总包的一步反应机理来计算平均反应速度。第69页/共196页2023/4/170解用式：关键是求得式中的各物理量第70页/共196页2023/4/171简化理论认为反应在火焰厚度的后半段发生（Tb=Tad=2260,Tu=300K)第71页/共196页2023/4/172第72页/共196页2023/4/173第73页/共196页2023/4/174第74页/共196页2023/4/175SL=0.425m/sHomework8.3:5-7cm/s第75页/共196页2023/4/176完全分析为什么要研究完全（与总包的区别）？Chemkin：Sandia国家实验室,1990-1991控制方程第76页/共196页2023/4/177控制方程连续性方程第77页/共196页2023/4/178组分守恒能量守恒第78页/共196页2023/4/179辅助关系理想气体状态方程扩散速度关系与温度有关的参数:hi(T),cpi(T),ki(T),Dij(T)混合物特性MWmix,k,Dij

用完全化学动力学求解

Xis的互换关系第79页/共196页2023/4/180边界条件第80页/共196页2023/4/181CH4-air火焰的结构1atm,化学当量,CH4-air火焰;CHEMKIN;GRI-MECH2.11第81页/共196页2023/4/182第82页/共196页2023/4/183第83页/共196页2023/4/184第84页/共196页2023/4/185影响火焰速度和厚度的因素1过量空气系数的影响。2燃料化学结构的影响。3添加剂的影响。4混合可燃物初始温度T0的影响。5火焰温度的影响。6压力的影响7惰性物质含量的影响。8热扩散系数和比热的影响。第85页/共196页2023/4/186过量空气系数的影响可燃气体混合物的火焰传播速度uH将随着过量空气系数α而改变。对于各种不同可燃气体混合物其最大的uHmax并非处于可燃气体混合物的过量空气系数α等于1的情况，即混合物按化学当量的比例来混合的成份。实验表明，其uHmax系发生在含可燃物浓度比化学当量的比例稍大的混合物中（即α<1）第86页/共196页2023/4/187第87页/共196页2023/4/188第88页/共196页2023/4/189第89页/共196页2023/4/190燃料化学结构的影响不同的燃料对火焰正常传播速度影响很大，从图中可以看出一个规律，燃料的分子量愈大，可燃性的范围就愈窄，图显示了三族燃料的最大火焰速度与其分子中的碳原子数的关系：对于饱和碳氢化合物（烷烃类），其最大火焰速度（0.7m/s）几乎与分子中的碳原子数n无关；而对于一些非饱和碳氢化合物（无论是烯烃还是炔烃类），碳原子数较小的燃料，其层流火焰速度却较大。当n增大到4时，uH的值将陡降，而后，随n进一步增大而缓慢下降，直到n≥8时，就接近于饱和碳氢化合物的uH值。第90页/共196页2023/4/191第91页/共196页2023/4/192第92页/共196页2023/4/193添加剂的影响采用添加剂的主要目的是提高着火温度及缓和过早着火和爆震的趋势，添加剂对火焰速度只有轻微的影响。但对潮湿一氧化碳所作的研究表明，只要添加少量的氢或含氢燃料，火焰速度就会明显提高。少量的H2O存在对CO的反应有着显著影响，并且用扩散理论讨论过这种现象。第93页/共196页2023/4/194第94页/共196页2023/4/195混合可燃物初始温度T0的影响提高可燃物初始温度T0可以大大促进化学反应速度，因而增大uH值。第95页/共196页2023/4/196第96页/共196页2023/4/197第97页/共196页2023/4/198火焰温度的影响图表示几种混合物的最大火焰速度与火焰温度的关系。Tr对uH的影响显然是很强的。可以说uH主要取决于Tr。第98页/共196页2023/4/199第99页/共196页2023/4/1100第100页/共196页2023/4/1101第101页/共196页2023/4/1102压力的影响增加压力一般都能提高燃烧强度，缩小燃烧设备的体积；另外一些高空飞行器的燃烧室又都在低压下工作。因为火焰传播速度与化学反应速度有关，而压力的改变会影响化学反应速度的大小，因而亦就影响了SL值。第102页/共196页2023/4/1103第103页/共196页2023/4/1104第104页/共196页2023/4/1105惰性物质含量的影响惰性物质，一方面直接影响燃烧温度从而影响燃烧速度，另一方面，通过影响可燃混合气的物理性质来影响火焰传播速度。大量实验证明，惰性物质的加入，将使火焰传播速度降低，可燃界限缩小，以及使最大的火焰传播速度值向燃料浓度较少的方向移动。第105页/共196页2023/4/1106第106页/共196页2023/4/1107第107页/共196页2023/4/1108热扩散系数和比热的影响为了解释扩散系数和反应速率对uH的重要影响，Clingman等人曾做过一系列的试验，他们测量过甲烷在各种氧—惰性气体混合物中的火焰传播速度。氧与惰性气体的体积比常被定为0.21:0.79，惰性气体为氮（N2）、氦（He）和氩（Ar），他们的测量结果如图所示。第108页/共196页2023/4/1109第109页/共196页2023/4/1110火焰正常传播速度的测量本身灯法圆柱管法定容球法肥皂泡法(定压法)粒子示踪法平面火焰燃烧器法第110页/共196页2023/4/1111火焰传播速度的测量火焰传播的理论提供火焰传播速度的定性的结果,而火焰传播速度必须实验来确定。测量火焰传播速度的基本方法,包括本生灯法、圆柱管法、定容球法、肥皂泡法、粒子示踪法和平面火焰燃烧器法等。而目前激光测试技术开始被应用到火焰的测量之中,由于用激光测试可以不破坏流场的结构本生灯的测量方法这儿介绍其他几种测量方法。第111页/共196页2023/4/1112圆柱管法如果一内径大于猝熄距离(小于此临界直径就会发生猝熄)的水平玻璃管，如图3-25所示。在管1中,装满了均匀的可燃混合气体,点燃后火焰将沿管运动,并通过平衡容器2,使火焰在管内作匀速直线运动,从而得到一个稳定的火焰形状。因为火焰锋面是一个曲面,于是F>f,所示ur>uH。总的来说,由此法测得结果与本生灯测量的结果相近。第112页/共196页2023/4/1113第113页/共196页2023/4/1114定容球法一个其内充满可燃气体直径通常为30cm的球形容器,在其中心处点火时,火焰就向四周传播,已燃气体的膨胀会使压力和温度由于绝热压缩而升高。温度升高又会使火焰速度自中心到球壁不断增加。如果在此方法中,同时记录已燃气体的球形域的尺寸和容器内的压力,则uH

上面所得的火焰速度假设了在火焰锋面后处于完全平衡态,并且没有热损失。实际上在一个很大容积中,火焰锋面后部达到平衡状态是有时滞的,因此会产生误差,所以用上面表达式计算所得的uH值常常会小于真实值。第114页/共196页2023/4/1115肥皂泡法(定压法)这种方法是将一些均匀可燃混合物吹进附近有一对电火花塞极的肥皂泡中,点火如果反应区域中的平均有效温度不变,则反应机理不会随成分的改变而变化。假定:(1)球形火焰沿径向传播。(2)压力保持不变。(3)用照相法确定火焰锋面的发展过程。第115页/共196页2023/4/1116一个明显不足是难于确定温度比Tu/Tb。虽然可以假定烟气具有理论火焰温度,但对比膨胀比的计算值与实测值,往往出现严重偏差。而且,由于计算中要用到肥皂泡半径的立方,所以必需很准确地知道肥皂泡的初始和最终尺寸,而实际上最终尺寸却难于精确测量。此外,还有一些其它问题:去研究干可燃物的火焰速度是不合适的,这是因为肥皂溶液的蒸发会使混合物变潮。不可避免地会产生向电极的传热对于缓慢的燃烧,火焰锋面不可能保持球形,而且反应区会变厚。对于快速反应,由于火焰结构呈蜂窝状,火焰锋面不可能总是光滑的。第116页/共196页2023/4/1117粒子示踪法将很细的氧化镁粒投入气流中,产生间歇性的光亮,对示踪粒子的拍照便可显示它的方向,图是所测得的典型结果。由一级连续照片还可确定出粒子的速度。所采用的喷口宽度很小,只有0.755cm,如果采用大的喷口,则由于燃烧速度均匀分布会使火焰传播更快。燃烧速度是一个不变的物理本征值(由图3-28上的水平段可以看出)。不足之处是引入固体粒子将对火焰表面起催化作用,以致影响燃烧过程,从而改变uH。此外,如粒子太大,就不能准确地随气流流动,也会产生误差。非常规测量,是非常费力的。第117页/共196页2023/4/1118第118页/共196页2023/4/1119第119页/共196页2023/4/1120平面火焰燃烧器法最简单的火焰锋面,并且其阴影面、纹影和可见锋面的轮廓都相同,可能是最精确的。将一多孔金属盘或一束直径小于或等于1mm的管子置于大管道的出口处,由一个水冷式多孔铜制(或不锈钢制)的喷嘴组成,在其周围,为了引入屏蔽气体,布置了一组多孔罩环。这两个部件都安装在一个加工精度很高,冷却水、燃气和屏蔽气体集中布置的装置中。气体混合物常常是在高速流动状态下被点燃的,然后调整流速直到形成平面火焰,利用栅格控制已燃烟气的流出率,就可以得到一个十分稳定的火焰。适用于燃烧速度低于15cm/s的可燃气体,对于高uH,火焰锋面会远离喷口,形成锥面。第120页/共196页2023/4/1121第121页/共196页2023/4/1122不同燃料火焰速度的转换第122页/共196页2023/4/1123例题8.3SL=50.6cm/s第123页/共196页2023/4/1124熄火,可燃性,点火稳定传播------瞬时过程:火焰熄火和点火当通道小到一定程度，火焰会在通过时熄灭。加入稀释剂：水，卤素吹熄：blow-off:不同吹熄

blow-out：推举后吹熄第124页/共196页2023/4/1125冷壁面熄火正如上文提到的那样，当火焰进入一个充分小的通道中时，就会熄灭。如果通道不是太小，火焰就会传播过去。火焰进入圆形管熄灭而不是传播过去的临界直径，称为熄火距离。实验中，对一特定直径的试管，在反应物流突然停止的时候，通过观察稳定在试管上方的火焰是否回火来确定熄火距离。第125页/共196页2023/4/1126熄火距离也可以用长宽比较高的矩形狭槽来确定。这种情形，熄火距离基于圆管的测量值比基于狭缝的测量值大一些（大约20—30%）第126页/共196页2023/4/1127点火和熄火准则Williams给出了支配点火和熄灭的两个基本准则。第二个准则可用于冷壁熄火问题:准则1——仅当足够多的能量加入到一个和稳态传播的层流火焰一样厚的板状区域内，使其中气体的温度升高到绝热火焰温度时，才能点燃。第127页/共196页2023/4/1128准则2——板形区域内化学反应的放热速率必需近似平衡于由于热传导从这个区域散热的速率。接下来，用这些准则对火焰熄灭作一个简化分析。第128页/共196页2023/4/1129简化熄火分析如图8.18所示的两平行板组成一个狭缝，考虑恰好进入其中的火焰。利用Williams的第二个准则，按照Friedman的方法，可以写出一个使反应生成的热量和壁面导热损失的热量相等的能量平衡式，即第129页/共196页2023/4/1130第130页/共196页2023/4/1131其中，单位体积的放热率和前面定义的的关系是在继续分析之前，有一点很重要，就是注意到分析中已经取板状气体区域（图8.18）的厚度为8，即方程8.21表示的绝热火焰厚度。现在的目标是确定满足方程8.34所表达的熄火准则的距离，即熄火距离。第131页/共196页2023/4/1132根据傅立叶定律，从火焰区域损失到壁面的热量是其中热导率k和温度梯度都是用壁面处的气体来估算的。面积A很容易表成，其中L是狭缝的厚度（垂直于纸面），2是因为火焰和两边的壁面接触。第132页/共196页2023/4/1133然而，温度梯度dT/dx的近似要难得多。合理的dT/dx的下限值是(Tb-Tw)/(d/2)，这是假设中心面的温度Tb下降到壁面温度Tw是线性变化的结果。由于dT/dx很可能远大于这个数值，所以引入一个任意常数b，由下式定义,第133页/共196页2023/4/1134其中，通常是一个比2大很多的数。利用方程8.35-8.37，熄灭判别式（方程8.34）变成下面的形式：或第134页/共196页2023/4/1135假设Tw=Tu,利用前面推导出的

和SL之间的关系，再利用关系式：

hc=(v+1)cp(Tb-Tu),方程8.38b变为或者用表示：第135页/共196页2023/4/1136方程8.39b表明，熄火距离比火焰厚度大；这和图8.16所示的甲烷的实验结果是一致的。多种燃料的熄灭距离如表8.4所示。应该指出，利用方程8.28b可以估算出熄火距离对温度和压力的依赖关系。第136页/共196页2023/4/1137例题8.4层流，绝热平面火焰。燃烧器为方形薄壁管，内部密布圆形细管。燃料－空气混和气流从细管及其缝隙中流过。化学当量比的甲烷－空气气流流出管口时温度为300K，压力为5atm.第137页/共196页2023/4/1138A.求已知条件下，单位横截面积的混和物质量流率。B.试估计不会引起回火的最大管径。第138页/共196页2023/4/1139求解A.对于所形成的平面火焰，要求平均流速要在给定的温度和压力下等于层流火焰速度。如图8.14,质量流率为：假设混和物为理想气体，我们可以估计混和物的密度：第139页/共196页2023/4/1140及这样，质量流率为

第140页/共196页2023/4/1141B.我们假设，如果管子的直径小于熄火距离，在加上一个安全系数，燃烧器在燃烧过程中就不会发生回火。这样，我们需要找到已知条件下的熄火距离。由如8.16可知，1atm下，狭缝的熄火距离约为1.7mm.由于狭缝的熄火距离比圆管的小20-50%，我们可以直接采用此值，并利用其差值做为安全系数。现在，我们将这个值转换到5-atm时的情况。根据方程8.39a，得：第141页/共196页2023/4/1142根据方程8.27,联立上面的两个方程第142页/共196页2023/4/1143因此有，需要检验的是，在此直径下，管内会保持层流，即Red<2300.用空气特性求出粘度，可见，此值远小于过渡值；也就是说设计是符合熄火标准的。第143页/共196页2023/4/1144评述：最终的设计都应该基于最小的熄火距离，如图8.16，我们可以看到最小的熄火距离出现在=0.8附近，而我们的计算值与之相近。第144页/共196页2023/4/1145可燃极限第145页/共196页2023/4/1146第146页/共196页2023/4/1147火焰传播界限可燃气体混合物中的可燃物含量过浓或过稀即使在容器的一处着火后，其火焰仍不能传播到整个容器，因而对于每种可燃气体混合物来讲，都有火焰传播的浓度界限。可燃物在混合物中的浓度低于某值而使正常速度为零的浓度值称为下限，而高于某值而使正常速度为零的浓度值称为上限。第147页/共196页2023/4/1148第148页/共196页2023/4/1149几种气体在与空气混合时的火焰传播浓度极限（在0.1MPa，20℃时第149页/共196页2023/4/1150点火第150页/共196页2023/4/1151第151页/共196页2023/4/1152第152页/共196页2023/4/1153强迫着火的基本概念5.1实现强迫着火的条件5.2强迫着火的热理论5.3各种点燃方法的分析5.3.1热球点火5.3.2电火花点火5.3.3用热金属块点火5.3.4用辐射能点燃5.3.5电热丝点火5.3.6热气流点火第153页/共196页2023/4/1154实现强迫着火的临界条件在炽热体附近可燃物的温度梯度等于零:第154页/共196页2023/4/1155图2-35燃料强迫着火过程第155页/共196页2023/4/1156图2-36点燃温度和炽热球体直径的关系第156页/共196页