文档介绍：第六章
燃气燃烧方法
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燃气燃烧的动力区和扩散区
燃料燃烧所需要的全部时间通常由两部分合成，即氧化剂和燃料之间发生物理性接触所需要的时间τph和进行化学反应所需要的时间τch。亦即τ=τph+τch
对气体燃料来说，τph≪τch，则实际上τ≈τch。这时，称燃烧过程在动力区进行。
反之，如果τph≫τch，则τ≈τph。称燃烧过程在扩散区进行。
显然，当燃烧过程在动力区进行时，燃烧速度将受化学动力学因素的控制，例如反应物的活化能、温度和压力等。若燃烧过程在扩散区进行，则燃烧速度将取决于流体动力学的一些因素，例如气流速度和气体流动过程中所遇到的物体的尺寸、形状等。
在中间区，τph≈τch。情况较为复杂。
为此，将燃烧分为扩散燃烧和预混（部分预混和全预混）燃烧。
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一、扩散式燃烧
燃气中不含氧化剂(即α′=0)，则燃烧所需的氧气将依靠扩散作用从周围大气获得。这种燃烧方式称为扩散式燃烧。
在层流状态下，扩散燃烧依靠分子扩散作用使周围氧气进入燃烧区，在湍流状态下，则依靠湍流扩散作用来获得燃烧所需的氧气。由于分子扩散进行得比较缓慢，因此层流扩散燃烧的速度取决于氧的扩散速度。燃烧的化学反应进行得很快，因此火焰焰面厚度很小。
在焰面上α正好等于1，而不可能大于或小于1。内侧为燃气和燃烧产物相互扩散的区域，外侧为空气和燃烧产物相互扩散的区域。
扩散火焰的形状为圆锥形。这是因为前期混合需要时间，使焰面拉长。后期不断燃烧，纯燃气的体积越来越小。
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层流扩散火焰结构
1—外侧混合区；2—内侧混合区；Cg—燃气浓度；Ccp—燃烧产物浓度；CO2—氧气浓度
层流扩散火焰的相似
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利用相似关系来讨论层流扩散火焰的基本规律
管l和管2两个相似的扩散燃烧装置 ，燃气和空气之间的扩散率(即单位时间从空气中扩散到燃气中去的氧气量)应当与浓度梯度成正比：
式中 D——扩散系数；
F——垂直于扩散方向两股气流的接触面积
dC/dr——径向浓度梯度。
两种情况下的扩散率之比应当等于燃气流量之比
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气流速度增加时扩散火焰长度和燃烧工况的变化
1—火焰长度终端曲线；2—层流火焰终端曲线
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层流扩散火焰的长度与气流速度成正比，而在湍流区火焰长度与气流速度无关。
在燃气湍流自由射流中，轴线上的燃气浓度Cg与射流出口处的原始浓度C1之比
在锋面上燃气浓度和空气浓度之比应近似地等于化学当量比l：n，由此可得湍流扩散火焰长度lf
式中 s——距出口的轴向距离；
a——湍流结构系数；
r——射流喷口的半径。
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二、扩散火焰中的多相过程
碳氢化合物进行扩散燃烧时，可能出现两个不同的区域：一个是真正的扩散火焰，它是一个很薄的反应层；另一个是光焰区，其中有固体碳粒燃烧。
在火焰内存在一个只有燃气没有氧气的高温地带，是燃气进行热分解的区域。分解区内发生着碳氢化合物的脱氢过程和碳原子的积聚过程。最后生成相当多的固体碳粒，像雾一般分散在气体中。这些碳粒接触到氧气，便出现固体和气体之间的燃烧过程，呈现出明亮的淡黄色的光焰，如果碳粒来不及燃尽而被燃烧产物带走，就形成所谓煤烟。
碳粒燃烧经历吸附——反应——解析的过程
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不同压力下乙炔在空气中
的扩散火焰
1—扩散火焰；2—光焰区
层流扩散火焰中气体浓度和
温度的变化
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燃气火焰的辐射
在民用燃气设备上，由于燃烧空间有限，燃烧温度不高，光焰的出现容易形成黑烟。但在各种工业炉窑、锅炉等热工设备上，却需要利用燃料燃烧时火焰的辐射传热。
不发光的透明火焰的辐射，主要是高温气体的辐射。对于黄色、光亮而不透明的光焰来说，火焰内的游离碳粒子产生的固体辐射占有很大的比例。因此，两种不同火焰的辐射机理是不同的。
燃气火焰一般来说是不发光的透明火焰，即使扩散火焰也是弱的光焰。透明火焰主要靠烟气中的CO2、水蒸气等在高温下的辐射。由于气体辐射仅在特定的窄波段内进行，与具有连续发射光谱的发光固体颗粒相比，燃气火焰的辐射能力是很弱的。
为了增加燃气火焰的辐射能力，曾有人试验过在气体燃料中加入一些液体燃料的燃烧方法。图示为国际火焰基金会的研究结果。
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