5气体燃料的燃烧详解.ppt

例题 已知煤气中各成分体积组成 又知其中各可燃气体组分在25mm管中的最大火焰传播速度和相应燃气浓度 求煤气在25mm管中的最大火焰传播速度 煤气中可燃成分的组成为100-（18.78+0.3+1.7）=79.22（%） 不考虑不可燃气体的可燃气组成含量为 H2:38.75/79.22=48.91(%) CH4:30.12(%) CO:13.77(%) C2H4:7.20(%) 因此燃气的最大火焰传播速度为 考虑不可燃的惰性气体后的实际火焰传播速度为 紊流火焰 紊流火焰的特点 湍流火焰传播速度较层流大几倍，不仅与燃料的物理化学性质有关，而且与湍流性质有关，湍流强度增大，将使湍流火焰传播速度增加，火焰更短。 燃烧室尺寸更紧凑，加上向外散热损失小，因此燃烧设备的经济性好。 湍流火焰伴随着噪音 （1）湍流流动使火焰变形，火焰表面积增加，因而增大了反应区； （2）湍流加速了热量和活性中心的传输，使反应速率增加，即燃烧速率增加； （3）湍流加快了新鲜氧气和燃气之间的混合，缩短了混合时间，提高了燃烧速度。 层流扩散火焰 预混可燃气体的燃烧 预混可燃气体的燃烧过程就是火焰的传播过程 当可燃混合气的某一局部点燃着火时，将形成一个薄层火焰面，火焰面产生的热量加热邻近层的混合气，使其温度升高至着火温度而发生燃烧。这样一层一层地着火燃烧，把燃烧扩展到整个混合气，称为火焰传播 燃烧化学反应只在一个薄层火焰面内进行，火焰将已燃气体和未燃气体分隔开来，并非在整个混合气内同时进行 根据流动状况，预混燃烧可以分为层流燃烧和湍流燃烧两种 一、层流燃烧 正在进行激烈发光反应的气体薄层 火焰前锋 层流流动下火焰前锋的传播速度（沿法线方向）称为“正常传播速度”或“层流传播速度” 焰锋结构 正锥形火焰前锋 球面火焰前锋 抛物线形火焰前锋 倒锥形火焰前锋 层流火焰传播理论 热力理论 扩散理论 火焰中化学反应主要是由于热量的导入使分子热活化而引起的，所以火焰前沿的反应区在空间中的移动决定于从反应区向新鲜预混可燃气体传热的传导率 火焰中的化学反应主要是由活化中心向新鲜预混可燃气体扩散，促使其链锁反应发展所致 热力理论不否认火焰中有活化中心存在和扩散，但认为活化中心的扩散对反应速度的影响不是主要的。热力理论与实际较为接近 层流火焰传播速度 层流火焰传播速度与预混可燃气体的热扩散系数a的平方根成正比，与平均化学反应时间t 的平方根成反比 火焰前锋面厚度d与火焰传播速度成反比 层流火焰传播速度的影响因素 可燃气体混合物的性质 燃料分子的结构 过量空气系数 可燃混合气的压力 m m 层流火焰传播速度的影响因素 可燃混合气的初始温度 混合气中的惰性气体 多组分燃气混合物SL计算 1.7 0.3 18.78 5.7 23.86 10.91 38.75 N2 O2 CO2 C2H4 CH4 CO H2 7.1 45.0 9.8 38.5 li(%) 1.42 0.67 1.25 4.83 SLi(m/s) C2H4 CH4 CO H2 二、湍流燃烧 　火焰长度缩短，焰锋变宽，并有明显的噪声，焰锋不再是光滑的表面，而是抖动的粗糙表面，火焰传播快。 湍流火焰： 　火焰锋面光滑，焰锋厚度很薄，火焰传播速度小。 层流火焰： 为什么紊流火焰传播速度更快？ 湍流火焰传播理论 皱折表面燃烧理论 容积燃烧理论 湍流的脉动作用使火焰前沿面发生弯曲和皱折，显著地增大了已燃气体与未燃气体相接触的焰锋表面积，使反应速度加快，从而使火焰传播速度ST增大；同时由于湍流作用使得热传导速度及活性物质扩散速度加快，也促使ST增大；湍流的脉动使燃气与燃烧产物快速混合，使火焰本质上成为均匀可燃混合物 湍流火焰传播 三种湍流火焰： 容积燃烧理论 湍流对燃烧的影响以扩散为主，由于扩散迅速，不存在将未燃可燃物和已燃气体分开的火焰面；每个湍动的气团内，温度和浓度是均匀的，但不同气团的温度和浓度是不同的；在整个微团内存在着快慢不同的燃烧反应，达到着火的微团整体燃烧，未达到着火条件的微团在脉动中被加热并达到着火燃烧；火焰不是连续的薄层，但到处都有；各气团间互相渗透混合，不时形成新微团，进行不同程度的容积化学反应 湍流火焰传播 湍流火焰传播速度的实验研究 可燃混合物浓度的影响：与层流相似，存在前沿传播的浓度界限和最大传播速度 Re的影响：Re越大，最大传播速度越大。气流速度增加，最大传播速度显著增加 可燃混合物的初始温度：初始温度越高，传播速度越大 改善实际燃烧性能的方法 使用层流燃烧传播速度大的可燃预混气 提高紊流强度 提高混合气体的压力和温度 均相预混气体火焰的稳定 火焰稳定的两个基本条件 必须满足余弦定理 火焰根部必须有一个有足够能量的固定点火源 5.3 气体燃料的扩散燃烧 层流扩散火焰结构 火焰可