层流预混火焰8.ppt

* * 结 果 * * 图2-37临界气流速度和湍流强度的关系 * * 各种点燃方法的分析 热球点火 用热金属块点火 电火花点火 电热丝点火 用辐射能点燃 热气流点火 * * 热球点火条件 * * 图2-38 点燃温度TC与热球直径d的关系 * * 电火花点火 * * 图2-39 火花点火过程 * * 图2-40 无量纲温度分布 * * 图2-41 点火能量E与电极间隙距离d的函数关系 a)最小点火能量与熄火距离 b)凸缘直径的影响 * * 图2-42 不同可燃混合物点火能比较 * * * * * * * * 表2-2 室温和大气压下，化学当量比混合物的熄火距离和最小点火能 * * * * 火焰稳定性 回火 推举（liftoff） 吹熄 （blowoff） * * * * * * 6 火焰稳定的基本原理和方法 6.1 火焰稳定的几个特征 6.1.1火炬根部的形状 6.1.2 火炬顶部的形状 6.1.3 火焰前沿的位置 6.2火焰的回火和吹熄的临界条件 6.3钝体后回流区火焰稳定原理 * * * * * * * * * * 火焰稳定的基本方法 6.4.1 小型点火火焰稳定火焰 6.4.2 用反吹射流稳定火焰 6.4.3 采用旋转射流稳定火焰 6.4.4 利用燃烧室器凹槽稳定火焰 6.4.5 利用带孔圆筒稳定火焰. 6.4.6 利用流线型物体稳定火焰 6.4.7 利用激波稳定火焰 * * * * * * * * * * * * * * * * 点火和熄火准则 Williams给出了支配点火和熄灭的两个基本准则。第二个准则可用于冷壁熄火问题: 准则1——仅当足够多的能量加入到一个和稳态传播的层流火焰一样厚的板状区域内，使其中气体的温度升高到绝热火焰温度时，才能点燃。 * * 准则2——板形区域内化学反应的放热速率必需近似平衡于由于热传导从这个区域散热的速率。 接下来，用这些准则对火焰熄灭作一个简化分析。 * * 简化熄火分析 如图8.18所示的两平行板组成一个狭缝，考虑恰好进入其中的火焰。利用Williams的第二个准则，按照Friedman的方法，可以写出一个使反应生成的热量和壁面导热损失的热量相等的能量平衡式，即 * * * * 其中，单位体积的放热率 和前面定义的 的关系是 在继续分析之前，有一点很重要，就是注意到分析中已经取板状气体区域（图8.18）的厚度为8，即方程8.21表示的绝热火焰厚度。现在的目标是确定满足方程8.34所表达的熄火准则的距离，即熄火距离。 * * 根据傅立叶定律，从火焰区域损失到壁面的热量是 其中热导率k和温度梯度都是用壁面处的气体来估算的。面积A很容易表成 ，其中L是狭缝的厚度（垂直于纸面），2是因为火焰和两边的壁面接触。 * * 然而，温度梯度dT/dx的近似要难得多。合理的dT/dx的下限值是(Tb-Tw)/(d/2) ，这是假设中心面的温度Tb下降到壁面温度Tw是线性变化的结果。由于dT/dx很可能远大于这个数值，所以引入一个任意常数b ，由下式定义, * * 其中，通常是一个比2大很多的数。利用方程8.35-8.37，熄灭判别式（方程8.34）变成下面的形式： 或 * * 假设 Tw=Tu, 利用前面推导出的 和SL 之间的关系，再利用关系式： ?hc=(v+1)cp(Tb-Tu), 方程 8.38b 变为 或者用 ?表示： * * 方程8.39b表明，熄火距离比火焰厚度大；这和图8.16所示的甲烷的实验结果是一致的。 多种燃料的熄灭距离如表8.4所示。应该指出，利用方程8.28b可以估算出熄火距离对温度和压力的依赖关系。 * * 例题 8.4 层流，绝热平面火焰。燃烧器为方形薄壁管，内部密布圆形细管。燃料－空气混和气流从细管及其缝隙中流过。化学当量比的甲烷－空气气流流出管口时温度为300K，压力为5 atm. * * A. 求已知条件下，单位横截面积的混和物质量流率。 B. 试估计不会引起回火的最大管径。 * * 求解 A. 对于所形成的平面火焰，要求平均流速要在给定的温度和压力下等于层流火焰速度。如图8.14, 质量流率为： 假设混和物为理想气体，我们可以估计混和物的密度： * * 及 这样，质量流率为 * * B. 我们假设，如果管子的直径小于熄火距离，在加上一个安全系数，燃烧器在燃烧过程中就不会发生回火。这样，我们需要找到已知条件下的熄火距离。由如8.16可知，1 atm下，狭缝的熄火距离约为1.7 mm. 由于狭缝的熄火距离比圆管的小20-50 %，我们可以直接采用此值，并利用其差值做为安全系数。现在，我们将这个值转换到5-atm时的情况。根据方程8.39a，得：