文档介绍：西安交通大学能源与动力工程学院
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第三章气体燃料燃烧
着火基本原理
火焰传播
扩散火焰和预混火焰
气体燃料燃烧时的火焰稳定措施
气体燃料火焰长度
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燃烧过程是包括发光放热的化学反应,故存在两个最基本的阶段:着火阶段、着火后燃烧阶段。
着火定义:燃料和氧化剂混合后,由无化学反应(从缓慢的氧化反应)向稳定的强烈放热状态的过渡过程。
热着火
链式着火
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热着火:可燃混合物由于本身氧化反应放热大于散热,或由于外部热源加热,温度不断升高导致化学反应不断自动加速,积累更多能量最终导致着火。——大多数气体燃料着火特性符合热着火的特征。
链式着火:由于某种原因,可燃混合物中存在活化中心,活化中心产生速率大于销毁速率时,导致化学反应速度不断加速,最终导致着火。——某些低压下着火实验(如 H2+O2,CO+O2的着火)和低温下的“冷焰”现象符合链式着火的特征。
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着火基本原理
热着火过程与链式着火过程区别——热着火通常比链式着火过程强烈得多。
热着火过程:温度升高引发的,将使得系统中整体的分子动能增加,超过活化能的活化分子数按指数规律增加。导致燃烧反应自动加速。
链式着火过程:主要是活化中心局部增加并加速繁殖引起的,由于活化中心会被销毁,所以链式着火通常局限在活化中心的繁殖速率大于销毁速率的区域,而不引起整个系统的温度大幅度增加,形成“冷焰”。但是,如果活化中心能够在整个系统内加速繁殖并引起系统能量的整体增加,就形成爆炸。
一个完善的燃烧过程应是:及时着火,稳定燃烧,充分燃尽
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热着火过程分两类
自燃:自发的着火,依靠系统自身化学反应的放热来维持系统的升温。
强燃:强迫着火,借助外部能量(固壁、火花塞),使其局部着火,然后火焰传播到整个可燃混合物中。
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零元系统:容器内可燃气体混合物的成分、温度与压力是均匀的,也称强烈掺混模型。
自燃
一、由热平衡的角度分析
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产热(单位时间):
C——可燃混合物中反应物浓度
n——反应级数
V——容器体积
Q——可燃混合物的燃烧热
T——温度
散热:
η——散热系数
S——容器壁散热面积
T0——容器壁温度
T——容器内可燃混合物温度
热平衡
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Q
T
A
B
C
T0Ⅰ
T0Ⅱ
T0Ⅲ
Tlj
Q2Ⅰ
Q2Ⅱ
Q2Ⅲ
Q1
产热:
散热:
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①两个交点:A点,稳定,但其温度绝对值太低,熄灭状态;
C点,不稳定,脉动→燃烧 or 熄灭
②线Ⅲ:Q1>Q2,没交点,着火
③线Ⅱ:Q1≥Q2,一个切点
切点B不稳定,有波动→要么回到B点,要么着火
B:着火临界点
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由切点的数学条件得着火临界条件
解方程得:
(另一根舍去)
所以:将
展开,忽略高次项,