燃烧学的讲义2010第三章气体.ppt

* 在层流火焰传播中，传播速度一般较小，10-2~1m/s，这样小的速度只有在静止气体或气流速度很小时才能实现，一般而言工业设备中往往需要很高的燃烧强度，这只有当可燃气做高速湍流运动时方可获得（几十米/S） 湍流时，火焰传播速度的数值与变化规律都与层流状态不一样，（但两者基本原理是一臻的，都是靠未燃气体和已燃气体之间的热质交换所形成的化学反应区在空间的移动，不过此时湍流运动作用对燃烧过程影响很大）。 * 目前用来解释湍流传播速度增大的理论主要有两条 1，表面燃烧理论（含谢尔金）该理论认为：湍流火焰中的火焰面仍是层流型的，湍流脉动在一定空间内使燃烧面弯曲，皱折，乃至破裂，成“小岛”状的封闭小块，这样增大了燃烧面积，从而增大了燃烧速度，（单位表面积中上所燃的气体量不变），问题归结为求解增大的燃烧面积。 2，容积燃烧理论：湍流燃烧速度的增加是因为在湍流中热量和活化中心湍流转移速度都大大高于层流中同类型的分子迁移速率，因而加速了火焰中化学反应，从而提高了实际的法向燃烧速度。（在湍流情况下，每个微团体积的燃烧不再限于其周围封闭表面层流燃烧，而且燃烧亦发生于该体积内部） 两种理论都处于发展之中，我们的分析是以表面燃烧理论为基础。 * 根据湍流尺度的大小可以把湍流分为大尺度湍流和小尺度湍流运动。 此时湍动迂移只能增加火焰锋面对低温可燃混合物的传热而不能对火焰锋面产生别的影响，传热由湍动与分子导热两部分组成。 * 此时一般2300Re6000，，火焰锋面外形皱折，但锋面并未产生很大的变形，只不过是不再光滑而成为波浪形燃烧过程在质的方面（与层流比）并未发生变化，传播速度增大仅仅是由于湍动增强了热质交换，因此仍沿用层流时火焰传播的速度形式： 小尺度湍动一般仅用于很细的管内流动，对大多数工程实际而言碰不上。 * 问题为计算面积S、So（表面燃烧理论） * S、So分别右图锥体的底面积与侧面积。 * 此时，大团大团未燃烧可燃混合物冲破火焰锋面而输运至高温的燃烧产物的包围之中，大团高温燃烧产物也冲破火焰锋面而进入未燃的可燃混合物中，这些大团尺寸均δ。 * 根据燃料混合物浓度的不同（α不同）将火焰可以划分为扩散火焰和预混合火焰，两者火焰形式不同。 * 以本生灯为例： 燃料气流进入本生灯后由一喷口流出，引射部分空气（一级空气）预先混合。 此时本生灯喷出煤气流，火焰长，发黄色明亮的光，有时冒黑烟（缺氧），此时燃烧所需空气全来自于本生灯口以外空气（二级空气）煤气获得二空扩散进来的氧燃烧——扩散火焰，火焰较弱无力，温度较低。 本生灯 Bunsenburner 德国化学家R.W.本生为装备海德堡大学化学实验室而发明的用煤气为燃料的加热器具。在本生灯发明前，所用煤气灯的火焰很明亮，但温度不高，是因煤气燃烧不完全造成的。本生将其改进为先让煤气和空气在灯内充分混合，从而使煤气燃烧完全，得到无光高温火焰。火焰分三层：内层为水蒸气、一氧化碳、氢、二氧化碳和氮、氧的混合物，温度约300℃，称为焰心。中层内煤气开始燃烧，但燃烧不完全，火焰呈淡蓝色，温度约500℃，称还原焰。外层煤气燃烧完全，火焰呈淡紫色，温度可达800～900℃，称为氧化焰，此处的温度最高，故加热时应充分利用氧化焰部分。 本生灯 用天然气、煤气等混合空气燃烧的金属制灯具，用来加热反应物。本生灯是实验室常用的中高温加热工具。因其操作温度较酒精灯高，故灯具的材质必须使用较耐热的金属。又由於它的燃料在室温时是气态，使用时应特别注意管线的安全。本生灯在使用时要特别注意使用安全。使用前必先检查所有开关是否在关闭的状态。确定所有的开关都在关闭的状态时，才能打开瓦斯的总开关。 * * 对于本生灯，气焊枪而言，当或当煤气与一级空气预混物流量太大，流速很高时，火焰将被吹离，后面随之而来的煤气空气混合物根本不能着火，该现象称为脱火（吹熄）。 ，只有预混合流量在某一范围时才既不回火也不脱火，亦即稳定的。 由上可看出，回火、脱火均是针对预混火焰而言，扩散火焰不存在回火，脱火也不易。 * 因此根据余弦定律，对于结定烧气混合物（）如果w越大，θ则越小，火焰锋面趋于长。 * 的存在使得火焰锋面上质点沿a-b方向移动，为使火焰稳定，当质点由a移至b时，必须有另一质点补充上来。因此在接近火炬根部的焰锋表面上，必须存在一固定的点火源（不断点燃火焰根部附近的可燃气体以补充被气流带走的质点）。此即圆锥面火焰锋面的策源，底部四周一圈环形火焰锋面——点火杯。 书中P106页详细分析了本生灯不同截面上射流与火焰传播速度的颁布，给出了点火杯的生成条件。 * ABDC围成一区域，区域内，区域外，火焰锋面可在某些地方固定不动，形成点火环。 * 在略小于1时最大，但α≈1时火焰稳定区实在不宽，尤其当α1时更窄。 当取值在0.4~