燃烧理论第六讲燃烧方法-医学课件.ppt

happy happy happy 第六章 燃气燃烧方法 * 燃气燃烧的动力区和扩散区 燃料燃烧所需要的全部时间通常由两部分合成，即氧化剂和燃料之间发生物理性接触所需要的时间τph和进行化学反应所需要的时间τch。亦即τ=τph+τch 对气体燃料来说，τph?τch，则实际上τ≈τch。这时，称燃烧过程在动力区进行。 反之，如果τph?τch，则τ≈τph。称燃烧过程在扩散区进行。 显然，当燃烧过程在动力区进行时，燃烧速度将受化学动力学因素的控制，例如反应物的活化能、温度和压力等。若燃烧过程在扩散区进行，则燃烧速度将取决于流体动力学的一些因素，例如气流速度和气体流动过程中所遇到的物体的尺寸、形状等。 在中间区，τph≈τch。情况较为复杂。 为此，将燃烧分为扩散燃烧和预混（部分预混和全预混）燃烧。 * 一、扩散式燃烧 燃气中不含氧化剂(即α′=0)，则燃烧所需的氧气将依靠扩散作用从周围大气获得。这种燃烧方式称为扩散式燃烧。 在层流状态下，扩散燃烧依靠分子扩散作用使周围氧气进入燃烧区，在湍流状态下，则依靠湍流扩散作用来获得燃烧所需的氧气。由于分子扩散进行得比较缓慢，因此层流扩散燃烧的速度取决于氧的扩散速度。燃烧的化学反应进行得很快，因此火焰焰面厚度很小。 在焰面上α正好等于1，而不可能大于或小于1。内侧为燃气和燃烧产物相互扩散的区域，外侧为空气和燃烧产物相互扩散的区域。 扩散火焰的形状为圆锥形。这是因为前期混合需要时间，使焰面拉长。后期不断燃烧，纯燃气的体积越来越小。 * 层流扩散火焰结构 1—外侧混合区；2—内侧混合区；Cg—燃气浓度；Ccp—燃烧产物浓度；CO2—氧气浓度 层流扩散火焰的相似 * 利用相似关系来讨论层流扩散火焰的基本规律 管l和管2两个相似的扩散燃烧装置 ，燃气和空气之间的扩散率(即单位时间从空气中扩散到燃气中去的氧气量)应当与浓度梯度成正比： 式中 D——扩散系数； F——垂直于扩散方向两股气流的接触面积 dC/dr——径向浓度梯度。 两种情况下的扩散率之比应当等于燃气流量之比 * 气流速度增加时扩散火焰长度和燃烧工况的变化 1—火焰长度终端曲线；2—层流火焰终端曲线 * 层流扩散火焰的长度与气流速度成正比，而在湍流区火焰长度与气流速度无关。 在燃气湍流自由射流中，轴线上的燃气浓度Cg与射流出口处的原始浓度C1之比 在锋面上燃气浓度和空气浓度之比应近似地等于化学当量比l：n，由此可得湍流扩散火焰长度lf 式中 s——距出口的轴向距离； a——湍流结构系数； r——射流喷口的半径。 * 二、扩散火焰中的多相过程 碳氢化合物进行扩散燃烧时，可能出现两个不同的区域：一个是真正的扩散火焰，它是一个很薄的反应层；另一个是光焰区，其中有固体碳粒燃烧。 在火焰内存在一个只有燃气没有氧气的高温地带，是燃气进行热分解的区域。分解区内发生着碳氢化合物的脱氢过程和碳原子的积聚过程。最后生成相当多的固体碳粒，像雾一般分散在气体中。这些碳粒接触到氧气，便出现固体和气体之间的燃烧过程，呈现出明亮的淡黄色的光焰，如果碳粒来不及燃尽而被燃烧产物带走，就形成所谓煤烟。 碳粒燃烧经历吸附——反应——解析的过程 * 不同压力下乙炔在空气中 的扩散火焰 1—扩散火焰；2—光焰区 层流扩散火焰中气体浓度和 温度的变化 * 燃气火焰的辐射 在民用燃气设备上，由于燃烧空间有限，燃烧温度不高，光焰的出现容易形成黑烟。但在各种工业炉窑、锅炉等热工设备上，却需要利用燃料燃烧时火焰的辐射传热。 不发光的透明火焰的辐射，主要是高温气体的辐射。对于黄色、光亮而不透明的光焰来说，火焰内的游离碳粒子产生的固体辐射占有很大的比例。因此，两种不同火焰的辐射机理是不同的。 燃气火焰一般来说是不发光的透明火焰，即使扩散火焰也是弱的光焰。透明火焰主要靠烟气中的CO2、水蒸气等在高温下的辐射。由于气体辐射仅在特定的窄波段内进行，与具有连续发射光谱的发光固体颗粒相比，燃气火焰的辐射能力是很弱的。 为了增加燃气火焰的辐射能力，曾有人试验过在气体燃料中加入一些液体燃料的燃烧方法。图示为国际火焰基金会的研究结果。 * 加入重油对辐射率的影响 A—重油100% B—重油40% C—重油20% D—重油10% E—重油0% * 三、部分预混层流火焰 1855年本生创造出一种燃烧器，燃烧前预先混入一部分燃烧所需空气，火焰变得清洁，燃烧得以强化。习惯上又称大气式燃烧。 本生火焰由内锥体和外锥体组成。在内锥表面火焰向内传播，而未燃的燃气—空气混合物则不断地从锥内向外流出。在气流的法向分速度等于法向火焰传播速度之处便出现一个稳定的焰面。在内锥焰面上仅仅进行部分燃烧过程。所得的中间产物穿过内锥焰面