火焰传播与稳定理论打印概要学习教案

1、会计学1火焰传播与稳定理论火焰传播与稳定理论(lln)打印概要打印概要第一页，共54页。第1页/共54页第二页，共54页。不稳定的火焰传播：振荡不稳定的火焰传播：振荡(zhndng)传播传播稳定的火焰传播：正常火焰传播，爆燃稳定的火焰传播：正常火焰传播，爆燃第2页/共54页第三页，共54页。第3页/共54页第四页，共54页。第4页/共54页第五页，共54页。火焰火焰(huyn)正常传正常传播播0Hndnuimd PHnuuw火焰传播速度：火焰相对于无穷远处的未燃混合气在其法线方向火焰传播速度：火焰相对于无穷远处的未燃混合气在其法线方向(fngxing)上的速度上的速度第5页/共54页第六页，共

2、54页。本生灯火焰移动本生灯火焰移动(ydng)速度速度cosHnVHHLSduwwwdSqwdudSuSPHnuuw火焰前沿移动的正常速度可理解为在单位火焰前沿的表火焰前沿移动的正常速度可理解为在单位火焰前沿的表面上，其所能燃烧面上，其所能燃烧(rnsho)的可燃气体混合物的流量。的可燃气体混合物的流量。第6页/共54页第七页，共54页。本生灯火焰本生灯火焰(huyn)移动速度移动速度2200VVHLqquSrhr第7页/共54页第八页，共54页。本生灯测量本生灯测量(cling)的局限性的局限性 火焰前沿各处的速度并不一致。火焰前沿各处的速度并不一致。 火焰前沿锥体离喷嘴出口有一火焰前沿锥

3、体离喷嘴出口有一段距离，并且宽度略大，火焰段距离，并且宽度略大，火焰速度与喷嘴直径有关，直径越速度与喷嘴直径有关，直径越小影响小影响(yngxing)越大。越大。 可燃气体混合物中的含氧量影可燃气体混合物中的含氧量影响响(yngxing)火焰锥体的形状。火焰锥体的形状。第8页/共54页第九页，共54页。第9页/共54页第十页，共54页。如未燃的可燃气体如未燃的可燃气体(qt)混合物的初速度混合物的初速度u0恰好使火焰前沿静止不动恰好使火焰前沿静止不动则初速度则初速度u0即为火焰前沿移动的正常速度即为火焰前沿移动的正常速度第10页/共54页第十一页，共54页。第11页/共54页第十二页，共54页

4、。()0PxxddTdTcuQwdxdxdx00 xxuu00()PddTdTcudxdxdx第12页/共54页第十三页，共54页。0 000()pu cxBTTTT e0:0,0:BdTxTTdxxTT 000()()PdTcu TTdx第13页/共54页第十四页，共54页。第14页/共54页第十五页，共54页。000000()()rBrBpBBTTTTauwwccTTcTT0rBxxTTdTdx0001rBpBTTucTT 0 0wu c0000()()xPBdTcu TTdx假定可燃气体混合物完全在反应假定可燃气体混合物完全在反应(fnyng)区区进行反应进行反应(fnyng)。第15页

5、/共54页第十六页，共54页。000000()()rBrBpBBTTTTauwwccTTcTT第16页/共54页第十七页，共54页。000000()()rBrBpBBTTTTauwwccTTcTT第17页/共54页第十八页，共54页。第18页/共54页第十九页，共54页。第19页/共54页第二十页，共54页。00()0PddTdTcuqwdxdxdx00000()()()2()0()rbPbPbTbTddTdTdTcucu TTdxdxdxdxddTdTwqwqdTdxdxdx预热区：反应区：222002()rbTTHpbwqdTuc TT0000bTTbrwqdTTTTT第20页/共54页第

6、二十一页，共54页。0222002()rTTHprwqdTuc TTn 此式对于此式对于(duy) (duy) 整数时，无法得出正确值。但该式可用来分析各种因整数时，无法得出正确值。但该式可用来分析各种因素对火焰传播速度的影响，预测出火焰传播速度的变化趋势。素对火焰传播速度的影响，预测出火焰传播速度的变化趋势。0000rSpw TTwc q0010002 !11() exp()()nsHnprrrw qTnEuBc TTTR TT0EnRTwk c e第21页/共54页第二十二页，共54页。第22页/共54页第二十三页，共54页。坦福特等的扩散坦福特等的扩散(kusn)(kusn)理论理论 认

7、为凡是燃烧均属于链式反应，在链式反认为凡是燃烧均属于链式反应，在链式反应中借助于活性分子的作用，使混气变为应中借助于活性分子的作用，使混气变为燃烧产物。燃烧产物。对于层流火焰中的某些反应，活性物质向未燃对于层流火焰中的某些反应，活性物质向未燃气体的扩散速度，能决定火焰速度的大小。气体的扩散速度，能决定火焰速度的大小。第23页/共54页第二十四页，共54页。第24页/共54页第二十五页，共54页。影响影响(yngxing)火焰正常传播速度的主要因素火焰正常传播速度的主要因素-过量空气系数的影响过量空气系数的影响(yngxing)可燃气体混合物最大的可燃气体混合物最大的火焰正常传播速度发生在火焰正

8、常传播速度发生在可燃物浓度比化学当量比可燃物浓度比化学当量比例稍大的混合物中例稍大的混合物中(即过即过量空气系数小于量空气系数小于1)。最高燃烧温度也是偏向最高燃烧温度也是偏向富燃料区的，火焰中自由富燃料区的，火焰中自由基基H，OH等浓度较大，等浓度较大，链锁反应链锁反应(fnyng)的链断的链断裂率较少，因而反应裂率较少，因而反应(fnyng)速度较快。速度较快。第25页/共54页第二十六页，共54页。对于饱和碳氢化合物（烷烃类），其最大火焰速度对于饱和碳氢化合物（烷烃类），其最大火焰速度(0.7m/s)几乎与分子中的碳原子数几乎与分子中的碳原子数n无关；无关；对于一些非饱和碳氢化合物（无论

9、是烯烃对于一些非饱和碳氢化合物（无论是烯烃(xtng)还是炔烃类），碳原子数较小的燃料，其层流火焰还是炔烃类），碳原子数较小的燃料，其层流火焰速度却较大。速度却较大。差异是由热扩散性不同所造成，这种热扩散性和燃差异是由热扩散性不同所造成，这种热扩散性和燃料分子量有关。料分子量有关。影响火焰影响火焰(huyn)正常传播速度的主要因素正常传播速度的主要因素-燃料化学结构的影响燃料化学结构的影响第26页/共54页第二十七页，共54页。影响火焰正常传播速度的主要影响火焰正常传播速度的主要(zhyo)因素因素-混合可燃物初始温度混合可燃物初始温度T0的影响的影响第27页/共54页第二十八页，共54页。影

10、响火焰正常影响火焰正常(zhngchng)传播速度的主要因素传播速度的主要因素-火焰温度的影响火焰温度的影响第28页/共54页第二十九页，共54页。影响影响(yngxing)火焰正常传播速度的主要因素火焰正常传播速度的主要因素-热扩散率和比压定热容的影响热扩散率和比压定热容的影响(yngxing)热扩散率越大，则热扩散率越大，则火焰传播速度越快。火焰传播速度越快。比压定热容比压定热容(r rn)越小，则火焰越小，则火焰温度越高，相应火焰温度越高，相应火焰传播速度也越快。传播速度也越快。第29页/共54页第三十页，共54页。影响影响(yngxing)火焰正常传播速度的主要因素火焰正常传播速度的主

11、要因素-惰性物质含量的影响惰性物质含量的影响(yngxing)惰性物质的加入将使惰性物质的加入将使火焰传播速度降低，火焰传播速度降低，并向燃料浓度并向燃料浓度(nngd)较少的方向较少的方向移动。移动。第30页/共54页第三十一页，共54页。影响火焰影响火焰(huyn)正常传播速度的主要因素正常传播速度的主要因素-添加剂的影响添加剂的影响第31页/共54页第三十二页，共54页。第32页/共54页第三十三页，共54页。第33页/共54页第三十四页，共54页。燃烧所形成的火焰。燃烧所形成的火焰。第34页/共54页第三十五页，共54页。第35页/共54页第三十六页，共54页。Z动力燃烧的火焰动力燃烧

12、的火焰(huyn)形状形状ROnu0rZr可燃气体混合物层流运动时任一截面可燃气体混合物层流运动时任一截面(jimin)上混合物的速度分布规律上混合物的速度分布规律2021rR流出喷燃出口时的速度分布规律流出喷燃出口时的速度分布规律2021RrR第36页/共54页第三十七页，共54页。22cos()()Hudrwdrdz22HHwudzdru 21HHwdzwudru 第37页/共54页第三十八页，共54页。300213RHwrzwwRrRuR火炬着火火炬着火(zho hu)区长度计算公式区长度计算公式0023BRrHRLzwwu在喷管中心在喷管中心(zhngxn)线上具有最大的正常传播速度线

13、上具有最大的正常传播速度火焰锥体内部可燃气体混合物得到预热火焰锥体内部可燃气体混合物得到预热在喷管中心在喷管中心(zhngxn)轴线上所获得的活泼中心轴线上所获得的活泼中心(zhngxn)较其他部较其他部分多分多火焰中心火焰中心(zhngxn)线线uH=w, 火焰锥体的顶部成为圆形火焰锥体的顶部成为圆形靠近管壁附近气流速度最小，但是散热量大导致传播速度降低靠近管壁附近气流速度最小，但是散热量大导致传播速度降低第38页/共54页第三十九页，共54页。第39页/共54页第四十页，共54页。将由外界扩散入的那部分空气称为二次风第40页/共54页第四十一页，共54页。1ZOr1R2air2Rair1

14、1空气空气(kngq)(kngq)过剩时过剩时2 2气体可燃物过剩时气体可燃物过剩时气体(qt)可燃物第41页/共54页第四十二页，共54页。22,B TTwRLD22VBqwRLDD当气流(qli)流动速度和喷燃器半径增大时，火焰长度增加当扩散系数增加时，则火焰长度减短湍流(tunli)工况下火焰长度扩散燃烧的火焰核心的长度随气体速度和喷燃器管径增加而增加，扩散燃烧的火焰核心的长度随气体速度和喷燃器管径增加而增加，但其增加程度比层流工况下小。但其增加程度比层流工况下小。不论气体的流动工况为层流或湍流，在化学非均匀的扩散燃烧过程中，其火焰的性质在很大程度上取决于气体的空气动力学特性和混合过程的

15、物理因素，而火焰核心的长度基本上与火焰传播的正常速度无关。第42页/共54页第四十三页，共54页。第43页/共54页第四十四页，共54页。cossinHnsuwwww不断将火焰前沿带离喷嘴第44页/共54页第四十五页，共54页。火焰顶部不成尖锥形，一般往往形成火焰顶部不成尖锥形，一般往往形成(xngchng)一个圆角，一个圆角，这样才能实现火焰的稳定这样才能实现火焰的稳定第45页/共54页第四十六页，共54页。uwcosH第46页/共54页第四十七页，共54页。把炽热气流射入高速的、冷的未燃混合气中。在两股气流的边界处把炽热气流射入高速的、冷的未燃混合气中。在两股气流的边界处进行强烈进行强烈(

16、qin li)的热量和质量交换，使冷的未燃混合气温度提高。的热量和质量交换，使冷的未燃混合气温度提高。第47页/共54页第四十八页，共54页。 气流绕流过钝体在其后缘形成了一个特殊的气流结气流绕流过钝体在其后缘形成了一个特殊的气流结构构 旋涡对所组成的回流区。旋涡对所组成的回流区。 由于回流区中高紊流度和低流速的特征，就可以将由于回流区中高紊流度和低流速的特征，就可以将其视为一个能使燃料与氧化剂其视为一个能使燃料与氧化剂(空气空气)在其中停留过程在其中停留过程中进行充分的化学反应，由于回流区与主气流的热中进行充分的化学反应，由于回流区与主气流的热质交换，因而使燃烧过程得以质交换，因而使燃烧过程得以(dy)持续和稳定。持续和稳定。第48页/共54页第四十九页，共54页。煤粉颗粒的惯性远远大于空气的惯性，实现浓淡分离。 在燃烧器出口处加装钝体，使煤粉气流在其后形成回流区，着火后的部分高温烟气经卷(jn jun)吸回流至钝体前方。在钝体附近同时形成了一个既有较高温度场，又有高扰动度，还有高煤粉浓度的三高区域。第49页/共54页第五十页，共54页。反吹射流的引入在燃烧器附近反吹射流的引入在燃烧器附近(fjn)形成空气动力稳形成空气动力稳燃区燃区形成高