燃料及燃烧：6.第三篇 第六七八九章 燃气燃烧的气流混合过程 着火过程 燃气燃烧的火焰传播异相燃烧

1、1 总述总述 第三篇第三篇 燃烧基本原理燃烧基本原理 第六章第六章 燃气燃烧的气流混合过程燃气燃烧的气流混合过程 第八章第八章 燃气燃烧的火焰传播燃气燃烧的火焰传播 第七章第七章 着火过程着火过程 第九章第九章 异相燃烧异相燃烧 2 燃烧的动力区和扩散区燃烧的动力区和扩散区 燃烧时，为了使可燃分子与氧化剂分子相接触，必须有一个物质的燃烧时，为了使可燃分子与氧化剂分子相接触，必须有一个物质的 混合、扩散过程。在燃烧技术中，把从混合（扩散）到燃烧反应完成的整混合、扩散过程。在燃烧技术中，把从混合（扩散）到燃烧反应完成的整 个过程称为燃烧过程。个过程称为燃烧过程。 燃烧过程包括可燃分子与氧化剂分子混

2、合的时间燃烧过程包括可燃分子与氧化剂分子混合的时间 ，可燃混合物达，可燃混合物达 到燃烧所需温度的时间到燃烧所需温度的时间 和完成化学反应的时间和完成化学反应的时间 。 即燃烧的总时间即燃烧的总时间 当当 + + 时，燃烧过程进行的速度将主要地不是受混合速度的时，燃烧过程进行的速度将主要地不是受混合速度的 限制，而是受可燃混合物的加热和化学反应的速度的限制。这类燃烧过程限制，而是受可燃混合物的加热和化学反应的速度的限制。这类燃烧过程 称为称为动力燃烧动力燃烧，或称燃烧在动力燃烧区域进行。，或称燃烧在动力燃烧区域进行。 当当 + + 时，燃烧过程将主要受混合速度的限制。这类燃烧时，燃烧过程将主要

3、受混合速度的限制。这类燃烧 称为称为扩散燃烧扩散燃烧。或称燃烧过程在扩散燃烧区域进行。或称燃烧过程在扩散燃烧区域进行。 介于上述两者之间的称为介于上述两者之间的称为中间燃烧中间燃烧 混 热 化 化热混 混 混 热 热 化 化 3 除前述分类方法外，燃烧过程还可按下述方法分类：除前述分类方法外，燃烧过程还可按下述方法分类： 按气体流动性质按气体流动性质分为：分为： （1 1）层流燃烧。燃烧室中煤气、空气和火焰都是以层）层流燃烧。燃烧室中煤气、空气和火焰都是以层 流流动。流流动。 （2 2）紊流燃烧。火焰气体为紊流流动。）紊流燃烧。火焰气体为紊流流动。 （3 3）介于二者之间的过渡性质的燃烧。）介

4、于二者之间的过渡性质的燃烧。 按参加反应的物质的物态按参加反应的物质的物态分为：分为： （1 1）同相燃烧。燃料和氧化剂的物态相同。例如气体）同相燃烧。燃料和氧化剂的物态相同。例如气体 燃料在空气中的燃烧，燃料和氧化剂都是气体，属于同燃料在空气中的燃烧，燃料和氧化剂都是气体，属于同 相燃烧。相燃烧。 （2 2）异相燃烧。燃料和氧化剂的物态不同。例如固体）异相燃烧。燃料和氧化剂的物态不同。例如固体 燃料和液体燃料在空气中的燃烧都属于异相燃烧。燃料和液体燃料在空气中的燃烧都属于异相燃烧。 4 1 2 3 5 自由射流：自由射流：当气流由管嘴或孔口喷射到充满介当气流由管嘴或孔口喷射到充满介 质的无限

5、空间时，形成的气流称为质的无限空间时，形成的气流称为自由射流自由射流。 自由射流的实质自由射流的实质是喷出气体与周围介质进行动是喷出气体与周围介质进行动 量和质量交换的过程，即喷出气体与周围介质量和质量交换的过程，即喷出气体与周围介质 的混合过程。自由射流理论是工程上经常遇到的混合过程。自由射流理论是工程上经常遇到 的受限空间射流的理论基础。的受限空间射流的理论基础。 1 6 一、层流自由射流一、层流自由射流 当喷嘴口径较小，喷出流量也较小时，在喷嘴当喷嘴口径较小，喷出流量也较小时，在喷嘴 出口处形成出口处形成层流自由射流层流自由射流。 1.等温自由射流：等温自由射流：当周围介质的温度和密度与

6、当周围介质的温度和密度与 喷出气流相同时，称为喷出气流相同时，称为等温自由射流。等温自由射流。 7 1 ADEADE区域称为区域称为射流核心区射流核心区。这个区域内气体速度等于喷嘴出口的起始温。这个区域内气体速度等于喷嘴出口的起始温 度。度。 称为射流张角。射流核心区边界的夹角称为射流张角。射流核心区边界的夹角a a2 2 称为射流核心收缩角。称为射流核心收缩角。 经过经过D D点的射流横截面点的射流横截面FGFG称为称为过渡截面过渡截面。过渡截面之前称为。过渡截面之前称为起始段起始段，其，其 后称为后称为基本段基本段。过渡截面前后的射流轴心速度的变化趋势是不同的。过渡截面前后的射流轴心速度的

7、变化趋势是不同的。 1 8 2. 2.非等温射流非等温射流 当周围介质的温度和密度与喷出气流不同时，称为当周围介质的温度和密度与喷出气流不同时，称为非等温非等温 射流射流。 非等温射流的轨迹比较复杂，这时重力差使射流弯非等温射流的轨迹比较复杂，这时重力差使射流弯 曲。热射流水平射至冷介质时轴线上弯，而冷射流水平曲。热射流水平射至冷介质时轴线上弯，而冷射流水平 射至热介质时轴线下弯。如图射至热介质时轴线下弯。如图3-2所示。所示。 9 10 3. 3.垂直自由射流垂直自由射流：当燃气射流当燃气射流垂直垂直向上喷向上喷 至静止空气中时，这两种不同密度气体的混合至静止空气中时，这两种不同密度气体的混

8、合 过程见图过程见图3-3.3-3.在层流射流中，混合是以分子扩在层流射流中，混合是以分子扩 散的形势进行的。燃气在向前运动的同时，在散的形势进行的。燃气在向前运动的同时，在 该射流的径向产生燃气与空气分子的相互扩散，该射流的径向产生燃气与空气分子的相互扩散， 燃气分子从中心向外扩散，而空气分子则从外燃气分子从中心向外扩散，而空气分子则从外 面向中心扩散。面向中心扩散。 11 1. 1.射流的外边界，也是燃气向外扩射流的外边界，也是燃气向外扩 散的边界。散的边界。 2. 2.射流核心边界，也是空气向内扩射流核心边界，也是空气向内扩 散的边界散的边界 3. 3.燃气浓度等于着火上限的点的集燃气浓

9、度等于着火上限的点的集 合合 4. 4.燃气浓度等于化学计量浓度的点燃气浓度等于化学计量浓度的点 的集合的集合 5. 5.燃气浓度等于着火下限的点的集燃气浓度等于着火下限的点的集 合合 那么那么A,B,C,D,EA,B,C,D,E所代表的区域内的气所代表的区域内的气 体成分是哪些？体成分是哪些？ 12 当燃气成分一定时，层流扩散火焰的长度主要当燃气成分一定时，层流扩散火焰的长度主要 取决于取决于燃气的体积流量燃气的体积流量。火焰长度随流量的增。火焰长度随流量的增 加而增加，即出口速度一定时，喷嘴直径越大，加而增加，即出口速度一定时，喷嘴直径越大， 火焰长度也越大。而喷嘴直径一定时，出口速火焰长

10、度也越大。而喷嘴直径一定时，出口速 度越大，火焰长度也越大。若流量一定时，则度越大，火焰长度也越大。若流量一定时，则 火焰长度与直径无关。火焰长度与直径无关。 13 二、紊流自由射流二、紊流自由射流 紊流射流内部有许多分子微团的横向脉动，紊流射流内部有许多分子微团的横向脉动， 引起射流与周围介质之间的质量和动量交换，引起射流与周围介质之间的质量和动量交换， 使周围介质被卷吸。这就是紊流扩散过程，亦使周围介质被卷吸。这就是紊流扩散过程，亦 即射流与周围介质的混合过程。即射流与周围介质的混合过程。 由于紊流扩散与分子扩散之间的相似性，由于紊流扩散与分子扩散之间的相似性， 因而紊流射流的图形图因而紊

11、流射流的图形图3-43-4与层流射流的图形与层流射流的图形 也十分相似。也十分相似。 14 15 一、平行气流中的自由射流一、平行气流中的自由射流 当射流喷入同向平行气流中时，射流图形如图当射流喷入同向平行气流中时，射流图形如图3-53-5所示。所示。 与静止气流中的自由气流相比，平行气流中的自由射流增加了与静止气流中的自由气流相比，平行气流中的自由射流增加了 一个过渡段。一个过渡段。 2 16 平行气流中的自由射流边界层仍然是直线，但基本段平行气流中的自由射流边界层仍然是直线，但基本段 的边界线不同于起始段及过渡段。的边界线不同于起始段及过渡段。 17 二、相交射流二、相交射流 在工业炉用的

12、燃烧装置中，广泛采用多股燃气射流以在工业炉用的燃烧装置中，广泛采用多股燃气射流以 某一角度喷入空气流的方法，以强化混合过程。某一角度喷入空气流的方法，以强化混合过程。图图3- 3- 1212为两种混合过程为两种混合过程 18 19 20 流体从喷嘴流出后，气流本身一面旋转，一面又向静流体从喷嘴流出后，气流本身一面旋转，一面又向静 止介质中扩散前进，这就是通常所说的止介质中扩散前进，这就是通常所说的旋转射流旋转射流。从。从 流动特征来看，旋转射流兼有旋转紊流运动、自由射流动特征来看，旋转射流兼有旋转紊流运动、自由射 流以及绕流的特点。是这三种运动的组合。如图流以及绕流的特点。是这三种运动的组合。

13、如图3-233-23 所示。所示。 3 21 1 2 22 着火过程着火过程 着火过程是指燃料与氧化剂分子均匀混合后，从开着火过程是指燃料与氧化剂分子均匀混合后，从开 始化学反应，温度升高达到激烈的燃烧反应之前的一始化学反应，温度升高达到激烈的燃烧反应之前的一 段过程。实际中有两种方式可以使可燃混合物着火和段过程。实际中有两种方式可以使可燃混合物着火和 开始燃烧：开始燃烧： （1 1）使混合物整个容积同时达到某一温度，超过该）使混合物整个容积同时达到某一温度，超过该 温度。混合物便自动地、不再需要外界作用而着火达温度。混合物便自动地、不再需要外界作用而着火达 到燃烧状态。这个过程即到燃烧状态。

14、这个过程即“着火着火”。 （2 2）在冷混合物中，用一个不大的点热源，在某一）在冷混合物中，用一个不大的点热源，在某一 局部地方点火，先引起局部着火燃烧，然后也自动地局部地方点火，先引起局部着火燃烧，然后也自动地 想其他地方传播，最终时整个混合物都达到着火燃烧。想其他地方传播，最终时整个混合物都达到着火燃烧。 这个过程即这个过程即“点火点火”。 1 23 设系统内反应发热的速度为设系统内反应发热的速度为Q1，散热速度为，散热速度为Q2. .则可作则可作 出随着系统内温度变化出随着系统内温度变化Q1和和Q2的变化趋势。如图的变化趋势。如图9-1 所示。所示。 24 图图9-19-1中，中，Q Q

15、1 1的曲线称为发热曲线，的曲线称为发热曲线，Q Q2 2的曲线称为散热的曲线称为散热 曲线。曲线。 思考思考：1. 1.图图9-19-1中为什么中为什么Q Q1 1为曲线，而为曲线，而Q Q2 2为直线为直线？ 2. 2.图图9-19-1中交点中交点1 1有何含义有何含义？ 在点在点1 1处，处， Q Q1 1= Q= Q2 2 ，在点，在点1 1之前，之前，Q Q1 1 Q Q2 2 说明反应发出说明反应发出 的热量多于系统向外散失的热量。这时，系统温度升高。的热量多于系统向外散失的热量。这时，系统温度升高。 到点到点1 1时，热量达到平衡状态。如果因某种外力使过程时，热量达到平衡状态。如

16、果因某种外力使过程 超过点超过点1 1，则因，则因 Q Q1 1 Q Q Q2 2 。这时反应自动加速。这时反应自动加速 是散热很强的情况，同图是散热很强的情况，同图9-1.9-1.不会发生自燃。不会发生自燃。 与与 Q1 有一个切点有一个切点3 3。 切点切点3 3之前，系统不断被加热，之前，系统不断被加热， 到达切点到达切点3 3时时,Q,Q1 1 = Q= Q2 2 但该点但该点 不稳定，稍过点不稳定，稍过点3 3，反应便自，反应便自 动加速而自燃。动加速而自燃。 2 Q 2 Q 2 Q 26 如果改变器壁的初始温度如果改变器壁的初始温度T T0 0，则可得到一组平行的散热，则可得到一组

17、平行的散热 曲线，如图曲线，如图9-39-3所示。所示。 为临界状态，与为临界状态，与Q Q1 1有一切点有一切点3. 3. 可与可与Q Q1 1有两个交点有两个交点1 1和和2. 2. 点点1 1为低温稳定点，为低温稳定点， 点点2 2为高温不稳定点。为高温不稳定点。 思考：为何点思考：为何点2 2为高温不稳定为高温不稳定 点？点？ 2 Q 2 Q 27 若散热曲线不变而改变发热曲线，便得到一组发热曲若散热曲线不变而改变发热曲线，便得到一组发热曲 线，如图线，如图9-4所示。所示。 图中点图中点1 1为为低温稳定点低温稳定点， 点点2 2为为高温不稳定点高温不稳定点， 点点3 3为为临界点临

18、界点。 28 由以上分析可见，自燃着火的条件是由以上分析可见，自燃着火的条件是Q Q1 1QQ2 2 ， 而临界条件是而临界条件是 Q Q1 1与与 Q Q2 2有一个切点有一个切点3 3。与切点。与切点3 3对对 应的温度，便称为应的温度，便称为着火温度或着火点着火温度或着火点。 着火温度表示可燃混合物系统化学反应可以自着火温度表示可燃混合物系统化学反应可以自 动加速而达到的自燃着火的最低温度。必须明动加速而达到的自燃着火的最低温度。必须明 确的是，着火温度对某一可燃混合物来说，并确的是，着火温度对某一可燃混合物来说，并 不是一个化学常数或物理常数，而是不是一个化学常数或物理常数，而是随着具

19、体随着具体 的热力条件不同而不同的。的热力条件不同而不同的。 29 理论研究表明，不论是自燃着火或强制点火，着火条理论研究表明，不论是自燃着火或强制点火，着火条 件都与可燃物的浓度有关，而浓度又决定于体系的压件都与可燃物的浓度有关，而浓度又决定于体系的压 力和可燃混合物的成分。因此，除了温度条件外，着力和可燃混合物的成分。因此，除了温度条件外，着 火也只有在一定压力和成分条件下才能实现。火也只有在一定压力和成分条件下才能实现。 在一定压力或温度下，并非所有可燃预混合气成分在一定压力或温度下，并非所有可燃预混合气成分 （浓度）都能着火，而是存在一定的浓度范围，超出（浓度）都能着火，而是存在一定的

20、浓度范围，超出 这一范围，混合气便不能着火。这个浓度范围便称为这一范围，混合气便不能着火。这个浓度范围便称为 “着火浓度界限着火浓度界限” 当当压力或温度压力或温度下降时，着火浓度范围缩小；当压力或下降时，着火浓度范围缩小；当压力或 温度下降超过某一点时，任何浓度成分的混合气体都温度下降超过某一点时，任何浓度成分的混合气体都 不能着火。不能着火。 强制着火也存在点火浓度界限，超过了这个界限便不强制着火也存在点火浓度界限，超过了这个界限便不 能事先点火。能事先点火。 30 1 2 31 一、一、火焰传播速度火焰传播速度是气体燃料燃烧最重是气体燃料燃烧最重 要的特性之一。它不仅对火焰的稳定性要的特

21、性之一。它不仅对火焰的稳定性 和燃气互换性有很大影响，而且对燃烧和燃气互换性有很大影响，而且对燃烧 方法的选择、燃烧器设计和燃气的安全方法的选择、燃烧器设计和燃气的安全 使用也有实际意义。使用也有实际意义。 1 32 火焰的传播火焰的传播:当点燃一部分燃气当点燃一部分燃气空气混合物时，在着空气混合物时，在着 火处形成一层极薄的燃烧焰面。这层高温燃烧焰面加火处形成一层极薄的燃烧焰面。这层高温燃烧焰面加 热了相邻的燃气热了相邻的燃气空气混合物，使其温度升高，当达空气混合物，使其温度升高，当达 到着火温度时，就开始着火形成新的焰面。这样，焰到着火温度时，就开始着火形成新的焰面。这样，焰 面就不断向未

22、燃气体方向移动，使每层气体都相继经面就不断向未燃气体方向移动，使每层气体都相继经 历加热、着火和燃烧的过程。这个现象就称为历加热、着火和燃烧的过程。这个现象就称为火焰的火焰的 传播。传播。 焰面焰面: 未燃气体与燃烧产物的分界面称为未燃气体与燃烧产物的分界面称为焰面焰面，也称，也称 燃烧前沿面燃烧前沿面。 火焰传播速度火焰传播速度:焰面向前移动的速度称为焰面向前移动的速度称为火焰传播速度火焰传播速度， 单位为单位为m/sm/s。 33 34 二、火焰传播的方式二、火焰传播的方式（正常火焰传播，爆正常火焰传播，爆 炸，爆燃）炸，爆燃） 1.1.正常火焰传播正常火焰传播：火焰传播仅是由于传热作用，

23、火焰传播仅是由于传热作用， 炽热的焰面将热量传给未燃气体，使其着火燃炽热的焰面将热量传给未燃气体，使其着火燃 烧，并依次传播到整个体积的传播方式。烧，并依次传播到整个体积的传播方式。 35 法向火焰传播速度法向火焰传播速度SnSn ：假设火焰在一：假设火焰在一 管状静止气体或速度场均匀的层流气流中传播，管状静止气体或速度场均匀的层流气流中传播， 这时焰面是一个垂直于管壁的平面，而火焰传这时焰面是一个垂直于管壁的平面，而火焰传 播速度的方向则与焰面相垂直。播速度的方向则与焰面相垂直。 火焰传播速度的大小与气流向火焰传播速度的大小与气流向管壁的散热管壁的散热 有关。管径越大，管壁散热对火焰传播速度

24、的有关。管径越大，管壁散热对火焰传播速度的 影响越小，火焰传播速度越大。管径大到一定影响越小，火焰传播速度越大。管径大到一定 程度时，散热影响消失，这时火焰传播速度趋程度时，散热影响消失，这时火焰传播速度趋 近于一个最大值，该值即近于一个最大值，该值即法向火焰传播速度法向火焰传播速度S Sn n。 36 法向火焰传播速度的法向火焰传播速度的物理意义物理意义是单位时间内在是单位时间内在 单位火焰面积上所燃烧的可燃混合物的体积，单位火焰面积上所燃烧的可燃混合物的体积， 因此也称因此也称燃烧速度燃烧速度。 在一定温度、压力下，法向火焰传播速度的大在一定温度、压力下，法向火焰传播速度的大 小由可燃混合

25、物的物理化学特性决定，所以它小由可燃混合物的物理化学特性决定，所以它 是一个物理化学常数。是一个物理化学常数。 37 实际的管子中，当管径较大时，由于燃烧及管实际的管子中，当管径较大时，由于燃烧及管 壁散热在焰面附近引起的气流紊动，使焰面皱壁散热在焰面附近引起的气流紊动，使焰面皱 曲。这时焰面移动方向虽然仍是管子的曲。这时焰面移动方向虽然仍是管子的轴向轴向， 但却不是焰面的但却不是焰面的法向法向。当焰面是曲面时，沿管。当焰面是曲面时，沿管 子轴向的火焰传播速度称为子轴向的火焰传播速度称为可见火焰传播速度可见火焰传播速度 SvSv。可见火焰传播速度的值可见火焰传播速度的值不等于不等于法向传播速法

26、向传播速 度。度。 当气流达到紊流状态时，火焰传播速度不仅受当气流达到紊流状态时，火焰传播速度不仅受 管径的影响，还与雷诺数有关。此时火焰传播管径的影响，还与雷诺数有关。此时火焰传播 速度称为速度称为紊流火焰传播速度紊流火焰传播速度St St。 38 2.爆炸爆炸 均相的燃气均相的燃气空气混合物在密闭的容器内空气混合物在密闭的容器内 局部着火时，由于燃烧反应的传热和高温燃烧局部着火时，由于燃烧反应的传热和高温燃烧 产物的热膨胀，引起压力的急剧增加，压缩未产物的热膨胀，引起压力的急剧增加，压缩未 燃的混合气体，使未燃气体处于绝热压缩状态，燃的混合气体，使未燃气体处于绝热压缩状态， 当未燃气体达到

27、着火温度时，容器内的全部混当未燃气体达到着火温度时，容器内的全部混 合物就在一瞬间完全燃尽，容器内的压力猛烈合物就在一瞬间完全燃尽，容器内的压力猛烈 增大。这种现象就是增大。这种现象就是爆炸爆炸。 39 3.爆燃爆燃 火焰的均匀运动可达到约火焰的均匀运动可达到约5-105-10倍管径的距倍管径的距 离处。如果管子相当长，其后由于发生扰动，离处。如果管子相当长，其后由于发生扰动， 火焰便晃动。这时，火焰前进速度强烈增加，火焰便晃动。这时，火焰前进速度强烈增加， 并且发生并且发生爆燃爆燃。 爆燃的火焰传播不是通过传热传质发生的，爆燃的火焰传播不是通过传热传质发生的， 它是依靠燃烧气体绝热压缩所形成

28、的它是依靠燃烧气体绝热压缩所形成的冲击波冲击波的的 作用，使未燃混合气体的温度升高而引起化学作用，使未燃混合气体的温度升高而引起化学 反应，从而使燃烧不断向未燃混合气体推进的反应，从而使燃烧不断向未燃混合气体推进的 过程。过程。 40 三、法向火焰传播理论基础三、法向火焰传播理论基础 假设有假设有一根一端封闭，一端敞开的不散热管子一根一端封闭，一端敞开的不散热管子，管，管 内充满燃气内充满燃气空气混合物。从敞开的一端将燃气空气混合物。从敞开的一端将燃气空空 气混合物点燃，则有极薄的一层混合物开始着火并燃气混合物点燃，则有极薄的一层混合物开始着火并燃 烧。由于燃烧放出热量，该层气体的温度就会不断

29、升烧。由于燃烧放出热量，该层气体的温度就会不断升 高，并加热相邻的燃气高，并加热相邻的燃气空气混合物，使其着火并燃空气混合物，使其着火并燃 烧，然后再将热量传给下一层混合物。烧，然后再将热量传给下一层混合物。 由于：由于：1 1）混合物是静止的，热量传递依靠分子热混合物是静止的，热量传递依靠分子热 传导进行；传导进行；2 2）燃烧产物可以自由地向敞开端膨胀，燃燃烧产物可以自由地向敞开端膨胀，燃 烧在等压下进行。烧在等压下进行。 在这个两个条件下进行的火焰传播称为在这个两个条件下进行的火焰传播称为法向火焰法向火焰 传播传播，这时焰面移动的速度即是，这时焰面移动的速度即是S Sn n 41 42

30、43 44 层流燃烧前沿传播速度取决于预混可燃气体的物理层流燃烧前沿传播速度取决于预混可燃气体的物理 化学性质。化学性质。 与层流相比，紊流燃烧前沿传播速度增加的原因在与层流相比，紊流燃烧前沿传播速度增加的原因在 于以下三个因素之一或它们的综合：于以下三个因素之一或它们的综合： 1 1）紊流流动可能使火焰前沿变形、皱折，从而使）紊流流动可能使火焰前沿变形、皱折，从而使 反应表面增加。但这时皱折表面上任一处的法向燃反应表面增加。但这时皱折表面上任一处的法向燃 烧传播速度仍然保持层流燃烧传播速度的大小。烧传播速度仍然保持层流燃烧传播速度的大小。 45 2 2）紊流火焰中，可能加剧热传导速度或活性物

31、）紊流火焰中，可能加剧热传导速度或活性物 质的扩散速度，从而增大燃烧前沿法向的实际燃烧质的扩散速度，从而增大燃烧前沿法向的实际燃烧 传播速度。传播速度。 3 3）紊流可以促使可燃混合气与燃烧产物间的快速）紊流可以促使可燃混合气与燃烧产物间的快速 混合，使火焰本质上成为均匀预混可燃混合物，而混合，使火焰本质上成为均匀预混可燃混合物，而 预混可燃气的反应速度取决于混合物中可燃气体与预混可燃气的反应速度取决于混合物中可燃气体与 燃烧产物的比例。燃烧产物的比例。 目前已有的紊流火焰传播理论都是在上述概念的基目前已有的紊流火焰传播理论都是在上述概念的基 础上发展起来的，较成熟的有皱折表面燃烧理论和础上发

32、展起来的，较成熟的有皱折表面燃烧理论和 容积燃烧理论。容积燃烧理论。 46 47 可燃混合物性质的影响：可燃混合物性质的影响：可燃混合物的导热系数可燃混合物的导热系数 越大，则越大，则S Sn n也越大。燃气的分子结构和反应能力与火也越大。燃气的分子结构和反应能力与火 焰传播速度也有密切关系。焰传播速度也有密切关系。 燃气浓度的影响：燃气浓度的影响：理论上理论上S Sn n最大值是在燃气与空气最大值是在燃气与空气 按化学计量比反应时，实际中是在燃气含量比化学计按化学计量比反应时，实际中是在燃气含量比化学计 量比略高时量比略高时。 可燃混合物初始温度的影响可燃混合物初始温度的影响 可燃混合物压力

33、的影响可燃混合物压力的影响 添加剂的影响添加剂的影响 燃气中的添加剂是指燃气中可能含有的惰性冲淡剂和燃气中的添加剂是指燃气中可能含有的惰性冲淡剂和 少量元素或各种活化剂。少量元素或各种活化剂。 2 48 49 1 2 3 50 一、异相燃烧：一、异相燃烧：可燃物质和氧化剂出于不同物可燃物质和氧化剂出于不同物 态的燃烧过程称为态的燃烧过程称为异相燃烧（非均相燃烧）。异相燃烧（非均相燃烧）。 固体燃料和液体燃料的燃烧便属于异相燃烧。固体燃料和液体燃料的燃烧便属于异相燃烧。 此外，当燃烧气体燃料时，也会因分解生成碳此外，当燃烧气体燃料时，也会因分解生成碳 粒，形成异相火焰。其中烟粒的燃烧也属异相粒，

34、形成异相火焰。其中烟粒的燃烧也属异相 燃烧。燃烧。 与同相燃烧相比，异相燃烧时，可燃物与氧化与同相燃烧相比，异相燃烧时，可燃物与氧化 剂分子接触要靠各相之间的扩散作用，燃烧速剂分子接触要靠各相之间的扩散作用，燃烧速 度与物理扩散过程有着更为密切的关系。同时，度与物理扩散过程有着更为密切的关系。同时， 热的扩散（传热）也有更显著的影响。热的扩散（传热）也有更显著的影响。 1 51 二、碳的异相反应二、碳的异相反应: : 碳的异相反应可以在碳的外表面进行，碳的异相反应可以在碳的外表面进行， 也可以在碳的内部孔隙或裂缝的所谓内也可以在碳的内部孔隙或裂缝的所谓内 表面上进行。表面上进行。 异相反应速度

35、异相反应速度是指在单位时间内和单位是指在单位时间内和单位 反应表面上完成反应的物质的数量。反应表面上完成反应的物质的数量。 52 三、异相反应一般包括以下几个阶段：三、异相反应一般包括以下几个阶段： 1 1）气相反应介质向反应表面的传递）气相反应介质向反应表面的传递 2 2）气体被反应表面吸附）气体被反应表面吸附 3 3）表面化学反应）表面化学反应 4 4）反应物质的脱附）反应物质的脱附 5 5）气相反应产物从反应表面的排离）气相反应产物从反应表面的排离 整个异相反应的整个异相反应的总速度总速度取决于其中取决于其中最慢最慢阶段的阶段的 速度。速度。 53 54 0z0 k 11 1 CKCW

36、k k z K z K 上面的式子中，上面的式子中，WW为反应速度。为反应速度。 为综合速度常数。为综合速度常数。 当当kkk时，反应速度取决于气相反应介质向反应表面扩散的时，反应速度取决于气相反应介质向反应表面扩散的 速度，称反应处于速度，称反应处于扩散区扩散区。 当当k=k=时，则称反应位于时，则称反应位于中间区中间区。此时，反应速度既与化学。此时，反应速度既与化学 动力学因素有关，也与扩散因素有关。动力学因素有关，也与扩散因素有关。 55 如果反应位于动力区，则如果反应位于动力区，则 强化燃烧过程的主要手段是强化燃烧过程的主要手段是 提高温度。提高温度。 如果反应处于扩散区，则如果反应处

37、于扩散区，则 为了强化燃烧过程应增大传为了强化燃烧过程应增大传 质系数质系数 。 由右图可以看出，传质系由右图可以看出，传质系 数数 越小，则过程在越低的越小，则过程在越低的 温度下即转化为扩散区。温度下即转化为扩散区。 措施包括：提高气相反应措施包括：提高气相反应 介质的初始浓度；提高气流介质的初始浓度；提高气流 速度；减小碳粒直径。以增速度；减小碳粒直径。以增 加扩散。加扩散。 56 1. 1.燃烧反应不仅能在固定碳的外表面上进行，而且也燃烧反应不仅能在固定碳的外表面上进行，而且也 能在碳的内部进行。并且，当反应介质向固体碳孔隙能在碳的内部进行。并且，当反应介质向固体碳孔隙 内部的扩散速度

38、可能内部的扩散速度可能远远大于远远大于化学反应速度，这时反化学反应速度，这时反 应便处于应便处于内动力区内动力区。 2 57 2.随着温度的升高，化学反应的速度会大于内随着温度的升高，化学反应的速度会大于内 部扩散速度，这时，外表面上的气相反应介质部扩散速度，这时，外表面上的气相反应介质 的浓度仍等于周围介质中的初始浓度，但在固的浓度仍等于周围介质中的初始浓度，但在固 体的内部，随着距表面深度的增大，气相反应体的内部，随着距表面深度的增大，气相反应 介质的浓度逐渐减小，一直到零。这时的反应介质的浓度逐渐减小，一直到零。这时的反应 便处于便处于内扩散区内扩散区。 58 3.当温度进一步提高时，内部反应速度已经