燃烧学的讲义_00008.doc

表 71 Flame Properties at φ =1 32 绪论 燃料 燃料的燃烧计算 输运现象[5][7][10] 输运什么呢？质量、动量、能量。The subject of transport phenomena includes three closely 化学动力学基础 燃烧学基本方程 任何一门成熟的学科都有它自己的数学模型体系，它能够在数学上描述这门学科所涉及的所有特征。人们通过解方程就可以预测这门学科所涉及的所有现象，比如在天体力学中通过解经典力学方程，就能确定行星（如海王星）的轨道；在分子物理中通过解薛定谔方程，就可以确定分子光谱。 这章介绍燃烧学基本方程。它是在流体力学方程基础上得到的。The dynamics and thermodynamics of a chemically reacting flow are governed by the conservation laws of mass, momentum, energy, and the concentration of the individual species. In this chapter, we shall first present a derivation of these conservation equations based on control volume considerations. 预混可燃气着火理论 层流预混可燃气火焰传播理论 引言 前一章讲了着火，有自燃和点燃。在自燃现象中，不管是链锁自燃还是热自燃，都是系统整体的爆炸性过程。而在点燃现象中，首先是局部着火，然后是这个局部着火区引燃与之相邻的部分，这就是火焰的传播。当燃料耗尽或燃烧工况变得恶劣时，火焰传播终止，这就是熄火。绝大部分燃烧现象都要经历这个着火、火焰传播、熄火的过程。着火在前一章讲了，本章讲火焰传播。熄火问题在后面还要讲。 火焰传播是预混燃烧的特征。回顾一下预混火焰与非预混火焰。 燃烧系统常常有两种反应物组成——燃料和氧化剂，在化学反应能够进行之前，两种反应物必须在分子水平上进行混合，然而混合机制是影响燃烧的基本要素。由于混合的需要，也就是说至少一种反应物应该是气态或液态，因此他们的分子能够分散到另一种反应物之中。由于分子水平混合的重要性，燃烧系统的差别主要以在燃烧开始时反应物是混合好的或分开的。预混火焰是在发生化学反应之前，反应物已经均匀地混合。非预混火焰(或扩散火焰) 是在发生化学反应之前，燃料和氧化剂是分开的，依靠分子扩散和整体对流运动使反应物分子在某一个区域相遇,接着进行燃烧反应。 在预混系统中，由于燃料和氧化剂在各处都是均匀的，各处都有发生化学反应的条件，所以火焰能从一个地方传播到另一个地方。而在非预混系统中，只在燃料和氧化剂交界面处两种分子才能相碰发生反应，所以非预混火焰只能固定在燃料和氧化剂交界面处，不能任意传播到别处。（森林火灾的蔓延？） 根据流动状态，预混火焰又分为层流预混火焰和湍流预混火焰。实际的燃烧都发生在湍流中，但是层流预混火焰的研究结果，对于阐明燃烧中的基本现象，特别是反应动力学规律是很重要的。 由于所处的条件不同，可以有两种火焰传播形式，即正常燃烧和爆震。正常燃烧波：火焰面背后气体密度减小，导致压力下降，产生膨胀波，火焰面以亚音速在混合气中移动。 传播速度0.1~3m/s ，The combustion wave for most hydrocarbon–air mixtures has a velocity of about 40 cm/s。传播过程是通过传热、传质发生的。爆震波：随着燃烧过程进行，在混合气中产生冲击波，使压力、温度激烈升高，火焰面以极高的速度向前传播，通常大于每秒一千米。通过激波压缩，使混合气温度不断升高。 层流火焰传播现象 管子一端封闭，内有可燃混合物。开口端点火，火焰锋面将加热未燃物，使之着火，锋面以速度U向左移动；产物排出，直到最后全部燃尽。这种靠传热传质作用使火焰锋面传播的过程，称为正常燃烧。 若管子相当长，闭口端点火，火焰锋面将加热未燃物并着火，但是产物却无法释放，造成管内压力骤增，火焰传播速度将急剧增大，在5～10d形成高速波，即爆震波，每秒几公里。 管子两端开口，可燃物以与U反向速度w流入。当U大于w时，火焰前锋向可燃物上游移动。当U小于w时，火焰前锋向可燃物下游移动。当两者相等时，形成驻定火焰，实际燃烧装置的火焰都是驻定火焰。 It is important to keep in mind that the products leave the flame at a quicker pace than the deflagration speed, due to