燃烧学第五章气体燃料的燃烧

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1、燃烧学第5章气体燃料的燃烧本章内容综述着火方式：自燃点燃着火机理热力着火连锁着火气体燃料和氧化剂混合状态预混气体燃烧半预混气体燃烧扩散燃烧燃烧状态层流燃烧湍流燃烧小尺度湍流火焰大尺度弱湍流火焰大尺度强湍流火焰工业火焰稳定性值班火焰钝体稳焰小股反向射流旋转射流受限射流3.1预混可燃气体的着火和自燃理论一、自燃的分类自然界中燃料的着火可分为两种：自燃——燃料自发地着火点燃——依靠外热源强迫加热，使燃料着火自燃机理主要包括两种：热力着火——反应物温度不断升高，反应加快，直到着火，可用Arrihenius定律和质量作用定律解释连锁着火——活化粒子增值数大于销毁数，反应不断加

2、快，分支链反应和直链反应二、绝热条件下的自燃过程可燃气体混合物在反应过程中的释热率（产热率）可用下式表示式中：QI——燃烧过程的释热率，kJ/(s·m3)Q1——单位摩尔数燃料的燃烧热，kJ/molv——燃烧的化学反应速度，mol/(s·m3)C——反应物浓度，mol/m3t——反应时间，s二、绝热条件下的自燃过程稳定条件下，QI=QII，即：二、绝热条件下的自燃过程对上式进行积分，得到：当T达到着火温度时，即可实现着火，自发着火，自燃。当燃料燃尽，即C=0时，燃烧产物温度达到理论燃烧温度Ta二、绝热条件下的自燃过程可燃气体混合物在反应过程中的释热率（产热率）可用下

3、式表示式中，Q1——可燃气体混合物的热值，kJ/mol可燃气体吸收热量而升温，单位时间单位容积内吸收的热量为：kJ/m3·skJ/m3·s二、绝热条件下的自燃过程自燃过程中，反应物浓度、反应温度、反应速度和反应时间的关系可用下图表示：TvCtiti称为着火感应期，着火延迟期或着火诱导期三、非绝热条件下的自燃过程自然界中不存在绝热过程，任何系统总是存在散热过程，在有散热的条件下，可以用谢苗诺夫非稳态着火理论揭示自燃的热力着火规律。单位时间、单位体积内释放的热量单位时间、单位容积内散热损失量式中：a——放热系数S——表面积V——系统容积三、非绝热条件下的自燃过程TQI释

4、热率曲线TQII散热率曲线三、非绝热条件下的自燃过程一般情况下，释热率曲线和散热率曲线有两个交点，A点和B点。A点稳定。当外界有微小扰动时，例如T￪，散热>释热，T￬，回到A点;当T￬，散热<释热，T￪，回到A点。B点不稳定。轻微扰动将使B点失去平衡。图中c点为着火临界点Tc为着火温度T0c为自燃温度T0c~Tc之间的时间为着火感应期TaTcTbABCT0cQT三、非绝热条件下的自燃过程c点是曲线qg与ql的切点，因此可得自燃的临界条件三、非绝热条件下的自燃过程三、非绝热条件下的自燃过程按泰勒级数展开指数项三、非绝热条件下的自燃过程假定预混气体为理想气体三、非绝热条

5、件下的自燃过程图5-9自燃条件下温度与压力的关系临界压力——温度一定压力下着火温度——成分四、影响着火的因素增加释热量QI增加燃料浓度增加燃料压力增加燃料发热量增加燃料活性释热率曲线左移，在相同温度下，燃料放热量增加，着火温度降低，着火温度降低，着火提前QTQI’QI’’QII’’QII’C’’C’T0c’T0c’’四、影响着火的因素环境温度环境温度升高，相当于散热曲线右移，散热率曲线与释热率曲线的焦点B降低，着火温度降低，着火提前QTQIQII1CT0cABT0bT0aT02T01T03QII2QII3四、影响着火的因素比表面积和散热系数燃料粒径的大小燃烧区周围的

6、散热条件燃料的比表面积越大，相当于散热面积越大，散热率增加，燃料着火条件变差，着火温度上升，着火推迟；散热系数越大，散热率越大，燃料着火条件变差，着火温度上升，着火推迟QII3TQIQII1CT0cAB1T0b1T0aT01QII2T0b2B2Q五、着火延滞期实际的燃烧设备，不仅要求燃料能稳定地燃烧，而且要求预混气体能及时地着火，因此了解可燃混合物的着火延滞期具有实际意义着火延滞期就是可燃混合物从初始愠度T0上升到着火温度Tc所经历的时间5.2预混可燃气体的点燃理论一、什么是点燃工程上是燃料着火的方式通常为点燃点燃定义具有较高能量的外界热源接触可燃气体，依靠外界能源

7、使部分预混可燃气体首先发生剧烈反应而着火，然后火焰传播到整个混合气中去，又称为强迫着火，强燃常用的外界热源炽热物体（石英球、铂球）小火焰（具有一定的温度和火焰厚度）电火花，工程上常用，控制电极距离二、点燃机理炽热物体对预混可燃气体的影响热球T预混可燃气体TwxTT-Tw之间温差带来的温升预混气燃烧带来的温升二、点燃机理对于不可燃气体，当有炽热物体靠近时，只带来边界处温升，没有燃烧放热带来的温升对于可燃气体，当有炽热物体靠近时，既有温差带来的温升，又有燃烧带来的温升靠近壁面处，T=Tw，反应快，放热多，∆T高；远离壁面处，传热少，温升小温度低，燃烧反应慢，温升小二