气体燃料燃烧

气体燃料燃烧第1页，共49页，2023年，2月20日，星期一第一节扩散燃烧与动力燃烧扩散燃烧与动力燃烧气体燃料燃烧所需的全部时间通常包括两部分：气体燃料与空气混合所需时间和燃烧反应所需时间。扩散燃烧或扩散火焰动力燃烧或动力火焰扩散－动力燃烧第2页，共49页，2023年，2月20日，星期一第二节射流流动射流分类根据射流喷嘴：平面射流与圆形射流根据射流结构：直流射流与旋转射流平行射流与相交射流环形射流与同轴射流根据射流环境：自由射流与受限射流根据射流流动：层流射流与湍流射流第3页，共49页，2023年，2月20日，星期一第二节射流流动一、圆形湍流自由射流第4页，共49页，2023年，2月20日，星期一第二节射流流动一、圆形湍流自由射流过渡段初始段自模段O－C－O为射流核心，核心区内速度、浓度等与出口处相同，长度约4~5d0x/d0＞8~10，射流的无因次参数分布与x/d0无关。初始段与自模段之间，可忽略。第5页，共49页，2023年，2月20日，星期一第二节射流流动一、圆形湍流自由射流自模段的特性：第6页，共49页，2023年，2月20日，星期一第二节射流流动一、圆形湍流自由射流自模段的特性：同样，当喷射流体与周围介质性质不同或温度不同时，自模段的温度场和浓度场也具有相似性，即：

第7页，共49页，2023年，2月20日，星期一第二节射流流动一、圆形湍流自由射流自模段的特性：实际上，b与x成正比：

第8页，共49页，2023年，2月20日，星期一第二节射流流动二、射流的吸卷及吸卷量的计算射流向前运动时，由于横向的速度脉动及粘性，与周围介质产生动量交换，带动周围介质运动，使射流的质量沿流向逐渐增加，这种现象称为射流的吸卷或引射。

任意截面及出口截面上射流的质量流量为：

第9页，共49页，2023年，2月20日，星期一第二节射流流动三、其它形式的射流矩形射流2b0矩形射流的扩张角较小，参数沿轴向的变化较慢；矩形射流的吸卷量小于圆形射流的吸卷量。第10页，共49页，2023年，2月20日，星期一第二节射流流动三、其它形式的射流平行射流射流与外流间的速度梯度减小，混合减缓，射流张角、速度及浓度沿轴向的变化率随之减小。第11页，共49页，2023年，2月20日，星期一第二节射流流动三、其它形式的射流环状射流第12页，共49页，2023年，2月20日，星期一第二节射流流动三、其它形式的射流同轴射流第13页，共49页，2023年，2月20日，星期一第二节射流流动三、其它形式的射流交叉射流第14页，共49页，2023年，2月20日，星期一第二节射流流动三、其它形式的射流旋转射流第15页，共49页，2023年，2月20日，星期一第二节射流流动三、其它形式的射流旋转射流－旋流数S＞0.6为强旋流S＜0.6为弱旋流第16页，共49页，2023年，2月20日，星期一第二节射流流动三、其它形式的射流旋转射流第17页，共49页，2023年，2月20日，星期一第二节射流流动三、其它形式的射流受限射流第18页，共49页，2023年，2月20日，星期一第三节扩散火焰结构一、扩散火焰结构层流扩散火焰质量扩散以分子扩散的方式实现扩散火焰湍流扩散火焰

质量扩散以气团扩散的方式实现第19页，共49页，2023年，2月20日，星期一第三节扩散火焰结构一、扩散火焰结构层流扩散火焰火焰面必定在燃料与空气按照化学恰当比混合的位置上：焰面外侧：空气＋燃烧产物焰面内侧：燃料＋燃烧产物焰面：燃料与空气的理论浓度为零第20页，共49页，2023年，2月20日，星期一第三节扩散火焰结构一、扩散火焰结构湍流扩散火焰第21页，共49页，2023年，2月20日，星期一第三节扩散火焰结构二、扩散火焰高度湍流扩散火焰（湍流自由射流）确定扩散火焰高度即寻找火焰锋面与轴心线相交的位置。湍流扩散火焰高度与管径成正比，与初始速度无关第22页，共49页，2023年，2月20日，星期一第三节扩散火焰结构二、扩散火焰高度层流扩散火焰通过动量方程及能量方程求近似解：当管径小于10mm，近似公式：热负荷修正系数第23页，共49页，2023年，2月20日，星期一第三节扩散火焰结构三、扩散火焰的特点扩散火焰不产生回火，但温度低扩散燃烧容易产生碳氢化合物的热分解人工煤气扩散火焰人工煤气预混火焰第24页，共49页，2023年，2月20日，星期一第四节预混火焰结构预混火焰一次空气二次空气一次空气不足时，出现内外两个火焰锥面；内、外锥的高度：第25页，共49页，2023年，2月20日，星期一第四节预混火焰结构预混火焰的特点放热强度大，火焰温度高燃烧室长度短可实现无焰燃烧容易回火火道燃烧室（无焰燃烧）第26页，共49页，2023年，2月20日，星期一第四节预混火焰结构预混火焰防止回火的措施使预混气体在燃烧室入口处的速度分布均匀。为此可将喷头制成收敛形，且表面光滑。燃烧含有杂物的气体燃料时，应设有清除污垢的装置，避免破坏局部流场。用水冷却燃烧器头部，以便减小该处的火焰传播速度设计时应根据最小热负荷状态来确定喷射速度和孔道直径。第27页，共49页，2023年，2月20日，星期一第五节引射式大气燃烧器引射式大气燃烧器结构1、调风板2、一次空气口3、引射器喉部4、喷嘴5、火孔

燃烧器由两大部分组成：引射器和头部。工作时具有一定压力的气体燃料以一定的速度从喷嘴喷出，进入收缩型吸气管，并借助燃料射流的吸卷作用带入一次空气。燃料与空气在引射器内混合，把动能转变为压力能，然后从头部的火孔流出，并从周围大气中获取二次空气，完成整个燃烧过程。大气燃烧器的一次空气系数通常为0.45~0.75。

第28页，共49页，2023年，2月20日，星期一第五节引射式大气燃烧器引射器工作原理第29页，共49页，2023年，2月20日，星期一第五节引射式大气燃烧器引射器工作原理克服流动阻力克服热阻获得所要求的流出速度h4的大小决定了混合气体从头部火孔的喷射速度，是引射式大气燃烧器的重要设计参数。h4消耗于三个方面：第30页，共49页，2023年，2月20日，星期一第五节引射式大气燃烧器引射器工作原理流动阻力火孔阻力系数混气密度火孔出口气流速度火孔流量系数第31页，共49页，2023年，2月20日，星期一第五节引射式大气燃烧器引射器工作原理热阻温升流出动能第32页，共49页，2023年，2月20日，星期一第五节引射式大气燃烧器引射器工作原理燃烧器头部的能量损失系数民用燃烧器K1=2.7~2.9第33页，共49页，2023年，2月20日，星期一第五节引射式大气燃烧器引射器组成与结构参数燃料喷嘴、吸气收缩管、混合管和扩压管。

引射器一般由四部分组成:喷嘴流量系数μ=0.7～0.78喷孔直径:1～2.5mm长径比=1～2锥角β=90°~120°第34页，共49页，2023年，2月20日，星期一第五节引射式大气燃烧器引射器组成与结构参数吸气收缩管圆锥形进口面积与出口面积之比一般为4～6一次空气的进风面积一般为燃烧器火孔总面积的1.25～2.25倍，吸入风速不超过1.5m/s第35页，共49页，2023年，2月20日，星期一第五节引射式大气燃烧器引射器组成与结构参数混合管使燃料与空气进行充分的混合，并使混合气体在其出口处达到速度、温度和浓度的均匀分布。通常采用圆柱形混合管，根据经验，其长度为。

将混合气体的动能转变为压力能，以便获得流过火孔所需的压力头。经验表明，最有利的扩张角为6°～8°，出口面积与进口面积之比为2～3。

扩压管第36页，共49页，2023年，2月20日，星期一第五节引射式大气燃烧器引射器组成与结构参数第37页，共49页，2023年，2月20日，星期一第五节引射式大气燃烧器引射式大气燃烧器的特点及应用范围引射式大气燃烧器有下列特点：和扩散式燃烧器相比，引射式大气燃烧器的火焰温度比较高，火焰短，火力强，燃烧比较安全，烟气中含量较少；但结构复杂，燃烧稳定性较差。与鼓风式燃烧器相比，引射式大气燃烧器不必鼓风，投资少，不耗电；但热负荷不宜太大，否则结构相当笨重。和火道式无焰燃烧器相比，引射式大气燃烧器热负荷调节范围宽广，可燃烧低压煤气；但热强度较低。一次空气余气系数基本上不随煤气压力而变化。因此，这类燃烧器具有可贵的自动调节性能。第38页，共49页，2023年，2月20日，星期一第五节引射式大气燃烧器引射式大气燃烧器的特点及应用范围引射式大气燃烧器应用范围：1—火孔；2—二次空气；3—稳焰孔；4—引射器；5—火道；6—小孔火道式稳焰孔式第39页，共49页，2023年，2月20日，星期一第五节引射式大气燃烧器引射式大气燃烧器的设计计算引射器的划分：根据气体燃料的喷射压力：＞2×104Pa高（中）压引射器＜2×104Pa低压引射器(计算时可不考虑压缩性）根据吸气管内的压力：＝P0常压吸气引射器（第二类引射器）＜P0负压吸气引射器（第一类引射器）第40页，共49页，2023年，2月20日，星期一第五节引射式大气燃烧器引射式大气燃烧器的设计计算低压引射器设计计算：引射器的特性方程式第41页，共49页，2023年，2月20日，星期一第五节引射式大气燃烧器引射式大气燃烧器的设计计算燃烧器的设计计算：燃烧器判别式燃烧器面积比最佳燃烧器达不到所需引射能力有多余的燃气压力第42页，共49页，2023年，2月20日，星期一第六节鼓风式燃烧器一、套管式燃烧器热负荷小燃烧缓慢、火焰长结构简单不回火流阻小（燃料与空气的供给压力低）第43页，共49页，2023年，2月20日，星期一第六节鼓风式燃烧器二、低压涡流式烧嘴热负荷大，放热集中燃烧迅速、火焰短有回火的可能第44页，共49页，2023年，2月20日，星期一第六节鼓风式燃烧器三、天然气导流叶片式旋流燃烧器空气供给能力大流阻大第45页，共49页，2023年，2月20日，星期一第七节燃烧器的适应性热负荷：煤气的华白数（热负荷指数）：燃烧器的适应性指燃烧器对煤气性质变化的适应能力。如果燃烧器在煤气性质变化范围较大的情况下维持正常工作，则其适应性大，反之适应性小。改变燃料时，应保证燃烧器的