燃烧学西安交大第三章气体燃料的燃烧

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1、第三章气体燃料的燃烧着火基本原理火焰传播扩散火焰和预混火焰提高火焰稳定性措施8/31/2021第一节　着火基本原理一、着火机理着火方式热力着火（自燃）强迫着火（强燃）自发进行强制进行着火过程可燃混合物，只要有T，开始时wc很慢（有活化分子）放热升温再放热再升温热量积蓄达到着火温度着火（其中有放热>散热）（煤场、制粉系统处，煤矿、森林着火）用高温热源放入可燃混合物，温差存在导致热量传递（导热、对流、辐射）在高温热源边界层内可燃混合物发生反应，当反应放热大于散热时，在边界层内可燃混合物升温达到着火温度着火（天然气灶点火、煤粉着火）着火范围在可燃混合物整个体积内同时进行只在边界层内部首先点燃，再由

2、边界层向周围空间扩散二、自燃从热平衡来研究：（对一可燃混合物着火过程）单位时间产生的热量Q1：单位时间散热量Q2：讨论：分析点A、B、C①对于点A是稳定点（向左或向右波动，都会回到原位）点C不稳定点（向左熄火，向右着火二、自燃②对于点B：热自燃着火的临界点，对应Tlj③对于Q2ⅢQ1>Q2Ⅲ，能着火，着火稳定。结论：1、着火临界条件：①Q1＝Q2；②2、稳定着火条件：Q1>Q2（燃烧过程中，如煤粉燃烧，可用于强燃）二、自燃讨论：Q1＝Q2、可推导出：（3-4）（+项舍弃）将根号内式用二项式定理展开成级数，再舍弃高次项：，将此代入式3-4得二、自燃若取着火温度：在一定结构环境和散热条件下，当可

3、燃混合物达到某一温度，在此温度下，可燃混合物持续进行的化学反应放热量总是大于等于该结构环境的散热，这个温度就是临界着火温度。结论：①Tlj与TⅠ0很接近，所以着火温度Tzh规定为Tlj或TⅠ0都可；②E小，燃料活性强，更易着火；二、自燃③着火温度不仅与燃料本身活性有关，还与结构、散热有关。当燃料装置变化，同一燃料着火温度不同。不同锅炉炉膛、不同燃烧器、不同的燃烧组织方式均不同。a、散热加强，大，着火温度升高；b、反应速度常数k0大，或Cn大，着火温度下降；c、可燃混合物P增大，由于，Q1曲线上移，Tzh变小，更易着火。二、强燃T0——可燃混合物的初温。二、强燃临界强燃着火的临界条件：分析：1

4、、热源温度为T1，放热少。（实际温降曲线略高于自然散射温降曲线）2、热源温度升为T2，实际温降为0，化学反应放热=环境散热。3、热源温度再升为时T3，二、强燃平板形状热源物体计算：收入：支出：反应产热：解得：二、强燃另一方面：w点之外无化学反应（边界层外无化学反应），纯导热。——物体表面的换热系数。由传热学：由式3-14可求得Tqr二、强燃讨论：①强然着火温度一般远大于自然着火温度（高几百度）；边界层散热很大，用自然着火模型解释Q1≥Q2，由于Q2边界层散热太大，所以要求Q1很大。②特征尺寸L（炙热源尺寸）变小时，左边增大，Tqr增大，更难点燃。③散热系数增大，强燃温度增加。强燃使边界层着火

5、燃烧，边界层着火后再向前推进，这就是火焰传播。一、火焰传播方式：1、缓燃：火焰锋面主要以导热和对流方式传热给可燃混合物所引起的火焰传播。煤粉-空气混合物以辐射和对流为主（<声波）2、爆燃：绝热压缩所引起的火焰传播。高温烟气比容比未燃混合物要大，前者膨胀，产生压力波，使后者绝热压缩，未燃混合物受绝热压缩后，温度大大升高，迅速着火燃烧，爆燃火焰传播速度极高，必然高于声速。（可能会几千米/秒，声音是压差很微弱的压力波。）二、火焰传播速度火焰锋面在其法线方向上相新鲜燃料侧移动的速度。uce——层流火焰传播速度；ut——湍流火焰传播速度；第二节　火焰传播Ⅰ、层流时的火焰传播设有一平面火焰锋面，气流速度

6、w0=uce,锋面稳定，进入锋面前只是传导升温。火焰锋面内，反应速度都一样：C——在理论燃烧温度时的可燃成分浓度。Ⅰ、层流时的火焰传播进入火焰锋面前，导热吸热量：（3—16）Ⅰ、层流时的火焰传播然后写出火焰锋面的能量方程式：q1+q2=q3(3—18)讨论：uce主要影响因素（a、wm）热扩散率、反应速度。Ⅰ、层流时的火焰传播燃尽时间：Ⅰ、层流时的火焰传播火焰锋面厚度：从式3-22可计算出S值，与Tlr相关，Tlr可估算，所以也可以估算。可燃混合物升温预热区厚度：Ⅰ、层流时的火焰传播讨论uce：①uce与化学反应速度wm的平方根成正比。（常用测uce来研究wm变化规律）②热扩散率a：③压力p

7、：一般化学反应级数n=1~2同样大小火焰锋面内单位时间内烧掉的燃料将增大一些，所以p对着火影响不大。Ⅰ、层流时的火焰传播④Q：⑤化学反应速度常数：⑥可燃混合物初温T0：⑦过量空气系数（燃料的浓稀程度）：理论燃烧温度应该在过量空气系数为1时最高，过量空气系数不等于1时，多余的反应物不会发生反应而升温过程要吸热。但实际上，火焰传播速度最大值出现在过量空气系数略小于1处。原因分析：燃料浓度高，挥发分集中，单位体积活