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二、雾化方式和喷嘴 按照油的雾化机理,工程上油的雾化方式分为:压力式、旋转式和气动式等。前两种又称为机械式雾化。如下图所示。 1、压力式雾化喷嘴 压力式雾化喷嘴又称为离心式机械雾化器。它可以用在航空喷气发动机、燃气轮机、柴油机以及锅炉和工业窑炉上。 2、旋转式雾化喷嘴 压力油流通过空心轴进入喷嘴头部高速旋转的转杯内,其转速约为3000~6000rpm,高速旋转产生的离心力,使油流从转杯内壁向出口四周的切线方向甩出,因速度较高使油膜被空气雾化成细滴。旋转杯式喷嘴的结构示于图6-5所示。 3、气动式雾化喷嘴 气动式雾化喷嘴又称介质式雾化喷嘴。它利用压缩空气或高压蒸汽为雾化介质,将其压力转化为高速气流,使液体喷散成雾状气流。 采用蒸汽为介质的雾化喷嘴又分为纯蒸汽雾化和蒸汽—机械(压力)综合雾化两类喷嘴。 三、液体燃料雾化性能 一般可用一些特性参数来表征喷嘴的雾化性能。即雾化角、雾化液滴细度、雾化均匀度、喷雾射程和流量密度分布等。 2、雾化液滴细度:表示喷雾炬液滴粗细程度。 由于雾化后的液滴大小是不均匀的,因此只能用液滴的平均直径来表示液滴的细度。 (2)质量中间直径(MMD) 3、雾化均匀度:燃料雾化后液滴颗粒尺寸的均匀程度。 用均匀性指数n来衡量 2、斯蒂芬(Stefan)流 由于含量梯度的存在,使燃料蒸气不断地从表面向外扩散; 相反地,空气x则从外部环境不断地向液滴表面扩散。 在液滴表面,空气力图向液滴内部扩散,然而空气既不能进入液滴内部,也不在液滴表面凝结。 因此,为平衡空气的扩散趋势,必然会产生一个反向流动。 根据质量平衡定理,在液滴表面这个反向流动的气体质量正好与向液滴表面扩散的空气质量相等。 这种气体在液滴表面或任一对称球面以某一速度vg离开的对流流动被称为斯蒂芬(Stefan)流。 假设液滴为规则球体,半径为r1,由于斯蒂芬流引起的燃料蒸汽向外对流,其数量为: 高温气流中液滴的蒸发 蒸发模型假设 (1) 液滴是球形的,由一高温球面所包围,相当于 包围燃烧油滴的狭窄燃烧区,见图所示; (2) 蒸发是稳定过程; (3) 蒸发率决定于液滴的加热速率; (4) 蒸发率的大小能满足液滴表面处蒸气和液体处 于平衡的条件; (5) 通过传热和扩散,液滴达到稍低于液体沸点的温度; (6) 蒸发过程是等压的; (7) 燃料蒸发和周围介质气体满足理想气体定律; (8) 导热系数不随温度而改变; (9) 不考虑辐射和对流热损失; (10) 在液滴附近,燃料浓度和温度随离开液滴中心的距离作线性变化。 第四节 液滴燃烧 液滴的燃烧模型 单个液滴的燃烧模型,假设: 液滴为均匀对称球体; 液滴随风飘动,与空气间无相对运动; 燃烧极快,火焰面薄; 火焰温度较高,向内向外同时传热,液滴表面温度接近饱和温度,燃烧温度等于理论燃烧温度; 忽略对流与辐射换热; 忽略液滴周围的温度场不均匀对热导率和扩散系数的影响; 忽略斯蒂芬流。 液滴燃烧模型 推导液滴燃烧时间和液滴尺寸的关系 对于液滴表面与火焰锋面之间半径为r的球面,由热量平衡可知: 将上式改写,自液滴表面(r0和T0)到火焰锋面(r1和Tr)积分 液滴燃烧模型 假设火焰锋面之外有一个半径为r的球面,氧从远处通过这个球面向内扩散的数量等于火焰锋面上所消耗的氧量,即 式中: D——氧的分子扩散系数; C——氧的浓度; β——氧与油的化学计量比。 将上式改写,在无穷远处和火焰锋面之间积分,得: 液滴燃烧模型 消去r1,得: 液滴燃烧模型 另一方面,液滴燃烧过程中直径不断减小 液滴燃烧模型 上式称为液滴燃烧的直径平方——直线定律 该定律说明:油滴直径的平方随时间的变化呈直线关系 当油滴粒径等于0时,表明油滴完全燃尽,此时对应的燃尽时间为: 积分 在相对静止气氛中液滴完全蒸发时间 r1 r0 C0 Tr T0 r dr 导热率 油的流量 油滴表面温度,假设等于油的饱和温度 油的气化潜热 r1 r0 C0 Tr T0 r dr r1 r0 C0 Tr T0 r dr 式中,rr——油密度; d——液滴直径 则: r1 r0 C0 Tr T0 r dr 燃尽时间 或者改写为 联立后得到 r1 r0 C0 Tr T0 r dr r1 r0 C0 Tr T0 r dr * * * * * 第五章 液体燃料燃烧 5.1 液体燃料的特性 5.2 液体燃料的雾化 5.3 液滴的蒸发 5.4 液滴燃烧 第二节 液体燃料的雾化 一、雾化过程及机理 1、雾化过程:液体燃料碎裂成细、小液滴群的过程。 2、影响因素:(1)流体的湍流扩散
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