第三章气体燃料的燃烧

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1、一、预混可燃气体的着火和自燃理论二、预混可燃气体的点燃理论三、层流火焰传播四、湍流火焰传播五、火焰的稳定六、气体燃料火焰的类型和自由射流的基本特性七、湍流流场数值计算简介第三章气体燃料的燃烧1第一节预混可燃气体的着火和自燃理论（《高等燃烧学》中称“热力爆燃理论”）热着火◆着火的反应机理化学链着火自燃—自发的着火◆着火方式点燃—强迫着火2一、自燃热力理论1、绝热条件下的自燃过程质量作用定律：阿累尼乌斯定律：产热率：kJ/(s·m3)—热值；—化学反应速度。3若n=a+b+…化学反应级数平衡式将代入：积分1、绝热条件下的自燃过程4根据初始条件：

2、时,反应结束：（绝热火焰温度）两式除微分1、绝热条件下的自燃过程51、绝热条件下的自燃过程图3-1反应物浓度与温度的关系61、绝热条件下的自燃过程图3-2温度、浓度、反应速率随时间的变化71、绝热条件下的自燃过程图3-3绝热容器内反应过程中C与T随时间的变化81、绝热条件下的自燃过程图3-4绝热容器内可燃混合物释热率随时间的变化9即各组分扩散速度的总和不为0。即各组分扩散速度的总和不为0。非绝热条件下自燃的发生是有条件的，是散热和放热综合作用的结果。散热能量平衡即2、非绝热条件下的自燃过程10图3-5非绝热条件下的热量平衡a点—稳定点；b点

3、—平衡点，不稳定点；c点—不稳定点，着火临界点Tc——着火温度11自燃的临界条件：2、非绝热条件下的自燃过程12T0c——自燃温度，一般T0c≈TC⑴维持着火的燃料浓度限⑵一定p，T↓或一定T，p↓→着火范围变窄⑶一定p，T↓↓或一定T，p↓↓→任意浓度下不会着火⑷容器散热程度↑→着火范围变窄3．自燃界限133．自燃界限图3-11一定压力下着火温度与成分的关系143．自燃界限图3-12一定温度下自燃的临界压力与成分的关系154．着火延滞（感应）期可燃混合物从初始温度T0上升到着火温度Tc所经历的时间。16二、链锁自燃理论链锁反应基本步骤：链

4、的激发→链的传递→链的中断（反应中存在链载体）17第二节预混可燃气体的点燃理论点燃——用具有较高能量的外部热源去接触可燃混合物，靠近外部热源的部分先行着火，然后火焰传播到整个混合物中去。18一、点燃特点热物体表面附近，取厚度：图3-16稳定的缓慢氧化状态下，热物体附面层中的温度场和浓度场19◆能量方程（1）导热=反应放热量热平衡◆扩散方程（2）反应物消耗量=扩散量物质平衡◆扩散方程乘Q，代入能量方程：。一、点燃特点20一般情况下Le≈1∴积分，代入边界条件（环境）将代入∴（3）一、点燃特点21◆可燃气体的点燃是有一定条件的。◆维持热物体表面

5、附近一薄层气体稳定氧化的极限状态，即为点燃的临界状态。图3-17温度不同的热物体点燃时的温度分布二、点燃热力理论（4）（1）（3）（4）联立，可求解。但分析解很难，只能求近似解。22◆双区理论：反应区——反应进行比较迅速，反应的热量也主要由这一区域放出。导热区——不进行化学反应，只从反应区导出热量（以外区域）。二、点燃热力理论231、热球点火炽热的石英球或铂金球若球温，可能着火。2、平面火焰点火火焰为无限大平板3、电火花点火点火能熄火距离◆最小点火能—在可燃混合物中能够引起火焰传播的最小能量。三、点燃方法24◆可燃混合物着火——温度、时间。

6、◆临界点燃时间——在一定的能源性质、形状及大小等条件下，使一定的可燃混合物发生着火所必须的能源与混合物的接触时间。◆要点燃一定的可燃混合物，必须提供一定的能量：或短时间提供大量能量，或低水平能源维持足够长的时间。◆可燃极限——在一定的压力和温度下，点火能量加大到一定程度以后，混合物的点燃浓度界限就不再扩大了，这就称为饱和点火能下的可燃浓度界限，或简称可燃极限。四、可燃界限25图3-25可燃界限示意图可燃界限示意图图3-25四、可燃界限261、压力p↓→可燃极限↓2、流速w↑→着火范围变窄3、可燃混合物初温T0↓→着火范围变小4、掺入其它物质

7、◆惰性气体→使着火范围变窄（上限下降）◆另一种可燃物质→可燃极限介于两者之间。五、影响可燃极限的因素27掺入惰性气体可消除火灾热容（比热）和导热性能对着火和火焰传播的影响高的导热性使着火困难，但有利于火焰传播；高的热容对着火有利，但使火焰传播困难。良好的灭火剂都具有较高的值（火焰传播困难）。28层流火焰传播火焰传播湍流火焰传播爆震第三节层流火焰传播火焰锋面向未燃气流方向的推进。29一、层流火焰传播的概念1、层流火焰传播速度方向一致时取负号。——火焰面移动的绝对速度——未燃混合气体的绝对速度火焰不动；回火；吹熄。302、层流火焰传播速度的测定

8、方法肥皂泡法、圆管法、本生灯法。3、本生灯法（法向分速度）测得和，可求。一、层流火焰传播的概念31一、层流火焰传播的概念实际的本生灯火焰图3-344．实际本生灯火焰*顶部呈圆头形