火焰传播和火焰稳定性.ppt

**在着火燃烧后，我们希望燃烧一直继续，火焰保持稳定而不熄灭，因此就需要了解如何才能保持火焰的稳定性。火焰的稳定性包含两个意思，一是吹熄（或称为脱火），另一就是回火，火焰回到燃料管子里，很危险，可能发生爆炸。这两种现象是如何产生的，如何避免，就是下面需要了解的。即**在一维平面火焰传播火焰的稳定取决于预混合气来流速度和火焰传播速度的相对大小。W0=UL时，火焰面能驻定，此时火焰稳定。当W0《UL时，火焰前锋向混合气的上游移动，移动速度UL-W0，火焰在本应是燃料的管子里，产生回火现象。当W0》UL时，火焰前锋向混合气的下游移动，即燃烧产物区移动，移动速度W0-UL，火焰在本应是燃料产物的管子里，产生脱火现象。此稳定条件虽然是在一维条件下得出得，但具有普遍意义。对于各种燃烧器，都遵循相同得规律。即火焰稳定时，火焰面法线方向上预混气流速预火焰传播速度大小相同，方向相反。**前面介绍了缩口的本生灯，对于直喷口得本生灯，火焰顶部时圆顶，不在是锥面，火焰靠近管壁处向外扩展，形成外凸的边界火焰，由于管壁的粘滞作用，气流在关内的分布呈抛物线形。由于管壁的散热作用，管壁处的化学反应速度很小，火焰传播速度趋近于零，因此存在无火焰区，此区的距离称为穿透距离或熄火距离**前面介绍了缩口的本生灯，对于直喷口得本生灯，火焰顶部时圆顶，不在是锥面，火焰靠近管壁处向外扩展，形成外凸的边界火焰，由于管壁的粘滞作用，气流在关内的分布呈抛物线形。由于管壁的散热作用，管壁处的化学反应速度很小，火焰传播速度趋近于零，因此存在无火焰区，此区的距离称为穿透距离或熄火距离**在火焰面上法向上流速WN，切向维Wtao，根据火焰稳定的基本条件法向流速与法向火焰传播速度相等，可得到一个公式，称为米海尔松-顾己（是俄国人）定律，或称为余弦定律。从这个式子可以看出，火焰传播速度只能小于或等于预混气的来流速度。对于角度sita=0，则是平面火焰，平面火焰不稳定，大家可以说说吗，为什么？因为气流稍有变化，平衡条件就会被破坏，火焰就会变形。而维持气流为恒为一个值是比较困难的。若sita=90时，则Ul=0，且两个速度平行，这是不可能发生的，因此sita必须小于90度，因此sita在0到90度之间。一般而言，确定的混合气火焰传播速度一般为常数，根据公式，当预混气的速度发生变化，火焰面的形状必然发生变化，sita角会变化。大家考虑以下，当流速减小时，sita角怎么变化。W减小，sita也减小。火焰变短。相反，W增大，sita也增大。火焰变长。在一定的范围内，对应不同的流速，火焰会自动得到一个新的稳定情况。但W的增加，sita增大，使得切向速度变大，而法向速度变小，因此会使火焰前锋的温度下降，从而导致燃烧速度降低，影响火焰传播速度也降低，不利于火焰传播，有熄火的危险。那么圆锥形火焰为什么能自动稳定呢？其机理是什么？**前面介绍了缩口的本生灯，对于直喷口得本生灯，火焰顶部时圆顶，不在是锥面，火焰靠近管壁处向外扩展，形成外凸的边界火焰，由于管壁的粘滞作用，气流在关内的分布呈抛物线形。由于管壁的散热作用，管壁处的化学反应速度很小，火焰传播速度趋近于零，因此存在无火焰区，此区的距离称为穿透距离或熄火距离**绝热条件就是忽略对外的热损失，前面假设已经提到了。**虽然火焰前锋的能量微分方程能够揭示层流火焰传播速度ul与温度梯度和反应速度等因素之间的关系，但求分析解却十分困难，因此需根据火焰结构的特点，进行分区求解。这就是泽尔多维奇和弗朗克-卡门涅茨基提出一种近似解法。分成预热区和反应区，并根据该区的燃烧特点，进行近似求解。虽然在精度上可能较差，但物理概念上比较清楚，而且掌握这种分析方法对研究其他燃烧问题也是有益的。首先先看预热区，由于预热区的温度较低，且温度梯度较大，燃料浓度较高，但消耗速度较小，因此可以认为反映速度W近似为零，化学反应的影响可以忽略。则预热区的能量方程中可忽略反应项，可简化为：积分后得到物理预热区的温度梯度。**反应区则与预热区的情况相反，温度高且梯度小，燃料浓度较低但消耗速度快，因此反应速度W很大。假设化学反映只是在温度接近于最终燃烧温度的较窄范围内进行，那么反应区温度升高所消耗的热量dq4可忽略不计。能量微分方程忽略温度的一阶导数，可简化为：积分后可得到化学反应区的温度梯度。**怎样将预热区与反应区温度梯度联系起来呢？我们在分析火焰结构时，分区是按照温度曲线的拐点处的温度来分的，因此在拐点处有温度梯度相等。从公式可以看出，火焰传播速度与预混气的化学、物理性质有关。而预混气的这些参数在燃烧过程中是变化的，很难取，因此无法精确计算火焰传播速度。只能实验测得或近似处理。**考虑到预热区反应速度小，因