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燃烧学,哈尔滨工业大学燃烧工程研究所邱朋华,第5章,气体燃料的燃烧,本章内容综述,着火方式自燃点燃着火机理热力着火连锁着火气体燃料和氧化剂混合状态预混气体燃烧半预混气体燃烧扩散燃烧,燃烧状态层流燃烧湍流燃烧小尺度湍流火焰大尺度弱湍流火焰大尺度强湍流火焰工业火焰稳定性值班火焰钝体稳焰小股反向射流旋转射流受限射流,3.1预混可燃气体的着火和自燃理论,,一、自燃的分类,自然界中燃料的着火可分为两种自燃燃料自发地着火点燃依靠外热源强迫加热，使燃料着火自燃机理主要包括两种热力着火反应物温度不断升高，反应加快，直到着火，可用Arrihenius定律和质量作用定律解释连锁着火活化粒子增值数大于销毁数，反应不断加快，分支链反应和直链反应,二、绝热条件下的自燃过程,可燃气体混合物在反应过程中的释热率（产热率）可用下式表示,,式中QI燃烧过程的释热率，kJ/sm3Q1单位摩尔数燃料的燃烧热，kJ/molv燃烧的化学反应速度，mol/sm3C反应物浓度，mol/m3t反应时间，s,二、绝热条件下的自燃过程,稳定条件下，QIQII，即,二、绝热条件下的自燃过程,对上式进行积分，得到,当T达到着火温度时，即可实现着火，自发着火，自燃。当燃料燃尽，即C0时，燃烧产物温度达到理论燃烧温度Ta,二、绝热条件下的自燃过程,可燃气体混合物在反应过程中的释热率（产热率）可用下式表示,,式中，Q1可燃气体混合物的热值，kJ/mol可燃气体吸收热量而升温，单位时间单位容积内吸收的热量为,kJ/m3s,kJ/m3s,二、绝热条件下的自燃过程,自燃过程中，反应物浓度、反应温度、反应速度和反应时间的关系可用下图表示,ti称为着火感应期，着火延迟期或着火诱导期,三、非绝热条件下的自燃过程,自然界中不存在绝热过程，任何系统总是存在散热过程，在有散热的条件下，可以用谢苗诺夫非稳态着火理论揭示自燃的热力着火规律。,单位时间、单位体积内释放的热量,单位时间、单位容积内散热损失量,式中a放热系数S表面积V系统容积,三、非绝热条件下的自燃过程,三、非绝热条件下的自燃过程,一般情况下，释热率曲线和散热率曲线有两个交点，A点和B点。A点稳定。当外界有微小扰动时，例如T￪，散热释热，T￬，回到A点;当T￬，散热层流火焰面厚度脉动速度w’层流火焰面厚度脉动速度w’层流火焰传播速度un现象不存在连续的火焰面,,,,,,,,,,,,,,,,,,,F,五、湍流火焰的表面理论,小尺度湍流火焰和大尺度弱湍流火焰可用表面理论来解释认为燃烧化学反应本身的速度非常高，燃烧化学反应只是在薄薄的一层火焰锋面内进行。对于小尺度湍流火焰23001,3.5.3扩散火焰长度,从管内流出的可燃气体流量M1∝r02w喷出的可燃气体向火焰面外扩散量为M2∝DFdf/dy火焰面F∝r0LM2∝Dr0L1/r0平衡状态下，M1M2r02w∝DL即L∝r02w/D,三、扩散火焰长度,影响扩散火焰长度的因素喷口直径（半径）对火焰长度的影响是绝对的，而且成平方关系。为了强化燃烧，应该减小管径，以小孔代替大孔。层流区流速增加，扩散系数变化不大，结果随着流速上升，火焰长度增加。湍流区流速增加，扩散系数相应增加，结果火焰长度变化不大，但是火焰有折皱和噪音。,四、扩散燃烧的特点,火焰面上，化学当量比等于1。燃烧产物浓度最高，温度最高。碳氢化合物在缺氧条件下，可受热分解产生炭黑，形成光亮火焰，同时可能带来未完全燃烧损失和环境污染,,,,,,,,,,,,,燃料浓度,,温度,,燃烧产物,