文档介绍：第十二章火焰的结构及其稳定
预混燃烧火焰
均相火焰的结构
扩散火焰
层流火焰
紊流火焰
层流火焰
紊流火焰
讨论火焰的结构特点、形状(长度或高度)、稳定性
第十二章火焰的结构及其稳定
火焰的定义:由燃烧前沿和正在燃烧的质点所包围的区域。
火焰的分类:
:
煤气火焰-燃烧气体燃料的火焰;
油雾火焰-燃烧液体燃料的火焰;
粉煤火焰-燃烧粉煤的火焰。
2. 按燃料和氧化剂(空气)的预混程度分:
动力燃烧火焰-煤气与空气在进入燃烧室之前均匀混合;
扩散燃烧火焰-煤气与空气边混合边燃烧,如油和煤的燃烧;
中间燃烧火焰-介于上述两者之间。
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层流火焰; 紊流火焰
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均相火焰; 非均相火焰
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直流锥形火焰;旋流火焰或大张角火焰;平火焰-张角接近180
第一节预混火焰
一、层流火焰
解决的问题有:层流火焰的结构及特点、燃烧前沿(内锥)的形状描述、燃烧前沿正常传播速度(数学表达式)、火焰稳定的基本原理。
----科学研究的方法(途径):定性描述--物理模型—数学模型—求解。
本章只讨论均相火焰-气体燃料与空气
气体燃料在流出孔口之前与部分空气(一次空气)预先混合,这种预混火焰温度较高,长度较短(扩散燃烧无法达到),在工业燃烧装置中广泛采用。当一次空气量较少,以致空气消耗系数小于1时,预混气流射流中的一部分燃料首先在管口处与空气燃烧,形成火焰内锥。由于一次空气量不足,剩余的未燃燃料仍依靠扩散过程与周围空气(二次空气)混合和燃烧,形成火焰外锥。若一次空气量充足,以致空气消耗系数接近1时,燃料通过火焰内锥时即被燃尽,因而火焰外锥消失。(书上的实验例子,n=1,图12-2)
火焰形状的解析:火焰前锋呈曲面锥形,顶面为圆形,锥底向外缘稍有凸出。出现这样的火焰前锋外形是因为:①锥顶处预混可燃气传导的热量比其他部分大,因此锥顶处的火焰传播速度更快(活化中心、温度),并且在顶端,燃烧正常传播速度与气流速度达到直接平衡,因此,锥顶就成为圆形。当压力十分低时,火焰前锋较厚,锥顶的圆顶变得特别明显;②管口壁面的冷却作用,靠近管壁处存在猝熄距离;(3)管内的压力稍大于环境压力,火焰根部向外凸扩,造成了火焰的凸出部分;(4)锥底一小水平段。边界面的气流速度很小,燃烧前沿的传播速度由于受到周围的冷却作用也很小。因而在边界处,燃烧正常传播速度与气流速度达到直接平衡。-点火圈(见下图)。
点火圈—重要的水平段。只有存在点火圈,火焰才能连在喷口上稳定燃烧。
气流在切线方向的分速度本来要使前沿面上任一质点沿切线方向移动(向上)
移动,如果在锥底不连续点火的话,火焰的切线方向就无法稳定而将熄灭。
这个点火圈起到了连续点火的作用。
沿火焰中心测定完全燃烧情况的一个实验例子。n=1,测定结果表明,在距
,CO2已达到28%(%)说明大部分
燃料已烧掉。但剩余的燃料却要经过一段距离才完全燃烧。
燃烧前沿的形状描述:
上图,在燃烧前沿面的某一点,气流的法向速度与燃烧正常(法线)传播速度相平衡
设锥体的高度为Z,管口半径为 ro,在锥体表面
取一微元,该微元在高度及径向的投影如右图所示
整理上式得:
这就是锥体形状的微分方程式。
由于沿径向方向,气流速度和燃烧速度都是变化的,上式的积分是很困难的,解决的方法就是假设锥体为正锥体,锥体底面的半径与管口半径相等,燃烧速度是常数,气流速度取沿断面的平均值
(12-4)
椎体高度公式:
在实验中,只需标定火焰高度Z,计量出可燃混合物的流量,已知管口半径,则燃烧前沿正常传播速度为
上式可以通过流量测定的方法计算出来,则
(12-5)