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燃烧学-第5章气体燃料燃烧.ppt讲述
第五章 气体燃料燃烧 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。 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。 5.1 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。 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。 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。 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 由切点的数学条件得着火临界条件 两种着火温度的定义 二、自燃过程温度变化 Ⅰ、Ⅱ不至于着火情况 Ⅲ着火,在Tlj时,温度拐点,孕育时间Tyu 如果系统初温升高是有利于着火,孕育时间缩短(V线)。(为Tyu↓,可以提高初温) 一些燃料空气混合物大气压下着火温度(α≈1) 烷、烯、炔的着火温度是烷烃最高(为饱和烃,所以活性低)炔烃最低(三价键不饱和烃,活性最强) 液体燃料着火温度一般小于气体燃料着火温度。——注意,这里说的着火温度是自燃的着火温度 固体燃料中挥发分高的着火温度低,无烟煤、焦炭挥发分很少,所以温度最高。褐煤煤场、油炉空气预热器上积的油、制粉系统的积粉等等,在通风不良(散热Q2很小时),经相当长时间孕育,可燃物浓度达到着火限时,在低于室温的情况下,也会自燃着火。 着火温度与燃料空气混合物的浓度有关;通常用过量空气系数α来表示 特别强调,无论定义Tlj或T0为着火温度Tzh,这个Tzh不是一个物理常数,它是随着着火条件变化而变化的,散热条件增强,则着火温度上升。 5.1.2 强迫点燃 强迫点燃:用炽热物体使可燃混合物着火 常用方法:炽热固壁点燃、电火花或电弧点燃(汽油发动机)、火焰点燃、自燃方法点燃(柴油机中的压缩的点燃)。 强迫点燃的热过程 强迫点燃的临界条件: 设有温度不同的炽热物体置于静止或低速可燃混合气中(T0),则有以下几种可能性: 强燃的临界条件应为: Tw=Tqr 反应产热 分析: 因此如 时,阿累尼乌斯因子下降 倍, 时下降 倍,一般认为,温度下降 后,阿因子已大大减小可忽略其后影响。故可认为化学反应在0123区域,即 之内。 由 可分析: 自燃与强燃的对比: 几种点燃方式L: 热球点火 电火花点火 热金属块点火 辐射能点火 电热丝点火 热气流点火 5.2 火焰传播 在可燃混合物中借助于外加能源使其局部着火,而后着火部分向未着火部分输送热量及活性粒子,使之相继着火燃烧,此即火焰传播问题。 火焰传播的形式 缓燃(正常传播):火焰锋面以导热和对流的方式下传热给可燃混合物引起的火焰传播,也可能有辐射(煤粉)。传播速度较低(1~3m/s),传播过程稳定。 爆燃:绝热压缩引起的火焰传播,是依靠激波的压缩作用使未燃混合气的温度升高而引起化学反应,从而使燃烧波不断向未燃气推进,传播速度大于1000m/s。 按气流的流动状况也可分为 层流火焰传播和湍流火焰传播 平面火焰锋面在可燃混合物中的uce 设:① 锋面与气流速度垂直。② w0=uce。 认为在To至 B点范
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