火焰?zhèn)鞑ヅc火焰穩(wěn)定

火焰?zhèn)鞑ヅc火焰穩(wěn)定第1頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月☆根據(jù)氣流流動情況，預混氣中火焰?zhèn)鞑シ譃椋簩恿骰鹧鎮(zhèn)鞑ィ▽恿魅紵┩牧骰鹧鎮(zhèn)鞑ィㄍ牧魅紵?/p>

☆根據(jù)反應機理及火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤煞譃椋壕徣?deflagration)爆震(detonation)第2頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月緩燃與爆震的區(qū)別參數(shù)爆震緩燃u1/c15-100.0001~0.03u2/u10.4~0.7(減速)4~16（加速）p2/p113~55（壓縮）0.98（略膨脹）T2/T18~21（加熱）4~6（加熱）2/

11.7~2.60.06~0.25第3頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月第4頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月本章只討論緩燃，不涉及爆震第5頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)層流火焰?zhèn)鞑ヒ?、火焰?zhèn)鞑サ母拍罨鹧娌ǎㄈ紵ǎ涸诔錆M均勻的可燃混氣的容器中心用電火花點燃時，火焰像波一樣從中心向四周傳播，稱為火焰波或燃燒波。

第6頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月一、火焰?zhèn)鞑サ母拍罨鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣龋夯鹧媲颁h沿其法線方向朝新鮮混氣傳播的速度。用ul

表示。火焰前鋒：未燃氣體和已燃氣體的分界面即為火焰鋒面，亦稱火焰前沿（前鋒）。常壓條件下火焰前鋒的厚度：10-2~10-1mm第7頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月二、層流火焰的內(nèi)部結構及其傳播機理將火焰鋒面可分為兩部分：反應區(qū)R－R預熱區(qū)P－P設：u0=ul，則火焰鋒面駐定。第8頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月二、層流火焰的內(nèi)部結構及其傳播機理層流火焰?zhèn)鞑サ臋C理有三種理論：

熱理論：認為控制火焰?zhèn)鞑サ闹饕獧C理為從反應區(qū)到未燃區(qū)域的熱傳導

擴散理論：認為來自反應區(qū)的鏈載體的逆向擴散是控制層流火焰?zhèn)鞑サ闹饕蛩?/p>

綜合理論：認為熱的傳導和活性粒子的擴散對火焰?zhèn)鞑タ赡苡型戎匾挠绊懙?頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月三、層流火焰?zhèn)鞑ニ俣冗B續(xù)方程：P≈常數(shù)對于一維帶化學反應的定常層流流動，其基本方程為：

動量方程：能量方程：絕熱條件下，火焰的邊界條件為：第10頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月三、層流火焰?zhèn)鞑ニ俣?/p>

把火焰分成預熱區(qū)與反應區(qū)，在預熱區(qū)中忽略化學反應的影響，而在反應區(qū)中忽略能量方程中溫度的一階導數(shù)項。

分區(qū)近似解法：預熱區(qū)：能量方程邊界條件第11頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月三、層流火焰?zhèn)鞑ニ俣确磻獏^(qū)：能量方程邊界條件又：第12頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月三、層流火焰?zhèn)鞑ニ俣确磻獏^(qū)：預熱區(qū)：能量方程邊界條件＝第13頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月三、層流火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊?4頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月三、層流火焰?zhèn)鞑ニ俣纫雽叵禂?shù)

化學反應時間

層流火焰?zhèn)鞑ニ俣扰c導溫系數(shù)的平方根成正比，與反應時間的平方根成反比。也就是說，ul

是可燃混氣的一個物理化學常數(shù)。

第15頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月三、層流火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊?6頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月四、影響層流火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊囊蛩鼗鹧媲颁h的厚度：火焰厚度與導溫系數(shù)成正比，與層流火焰?zhèn)鞑ニ俣瘸煞幢取?/p>

第17頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月四、影響層流火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊囊蛩貕毫Φ挠绊懀阂话闾細淙剂先紵^程的反應級數(shù)1.5～2，因此：即壓力對火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊戄^小(v=0～0.25)第18頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月四、影響層流火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊囊蛩貕毫Φ挠绊懀簤毫ο陆?，火焰厚度增加。當壓力降到很低時，可以使δ增大到幾十毫米?；鹧嬖胶?，火焰向管壁散熱量越大，從而使得燃燒溫度降低

（b=1.0～0.75）

第19頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月四、影響層流火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊囊蛩販囟鹊挠绊懀簻囟仍黾?，火焰?zhèn)鞑ニ俣仍黾印?/p>

（C=1.5～2）

因為溫度對導溫系數(shù)a和對速度的影響差不多，因此溫度對火焰厚度的影響不大。第20頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月四、影響層流火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊囊蛩鼗鞖獬煞值挠绊懀捍嬖谝粋€最佳混氣成分，這時火焰?zhèn)鞑ニ俣茸畲?。對每一種混氣，都存在一個火焰?zhèn)鞑サ臐舛冉缦?，當混氣太貧或太富時，火焰就不能傳播。

第21頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月四、影響層流火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊囊蛩鼗鞖庑再|(zhì)的影響：導溫系數(shù)增加，活化能減少或火焰溫度增加時，火焰?zhèn)鞑ニ俣仍龃蟆?/p>

第22頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月四、影響層流火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊囊蛩卮阆ň嚯x：當管徑或容器尺寸小到某個臨界值時，由于火焰單位容積的散熱量太大，生熱量不足，火焰便不能傳播。這個臨界管徑叫淬熄距離。

淬熄距離與火焰?zhèn)鞑ニ俣燃皦毫Τ煞幢?/p>

第23頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月四、影響層流火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊囊蛩卮阆ň嚯x：溫度對淬熄距離的影響壓力對淬熄距離的影響第24頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月四、影響層流火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊囊蛩鼗鹧嬖诠苤写阆ㄓ袃煞N原因：

管徑減小，火焰區(qū)單位容積的表面積增大，因而通過管壁的散熱率增大。管徑減小，火焰?zhèn)鞑r活性中間產(chǎn)物碰壁銷毀的機率增大。

淬熄距離：第25頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)湍流火焰?zhèn)鞑ヒ?、湍流火焰的特點火焰長度縮短，焰鋒變寬，并有明顯的噪聲，焰鋒不再是光滑的表面，而是抖動的粗糙表面，火焰?zhèn)鞑タ?。湍流火焰：火焰鋒面光滑，焰鋒厚度很薄，火焰?zhèn)鞑ニ俣刃　恿骰鹧妫旱?6頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月一、湍流火焰的特點湍流火焰?zhèn)鞑ニ俣容^層流大幾倍，不僅與燃料的物理化學性質(zhì)有關，而且與湍流性質(zhì)有關，湍流強度增大，將使湍流火焰?zhèn)鞑ニ俣仍黾樱鹧娓?。燃燒室尺寸更緊湊，加上向外散熱損失小，因此燃燒設備的經(jīng)濟性好。湍流火焰伴隨著噪音。湍流火焰的燃燒產(chǎn)物內(nèi)氧化氮（NO）含量少，因而對環(huán)境的污染小。第27頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月一、湍流火焰的特點湍流火焰比層流火焰?zhèn)鞑タ斓脑颍海?）湍流流動使火焰變形，火焰表面積增加，因而增大了反應區(qū)；（2）湍流加速了熱量和活性中間產(chǎn)物的傳輸，使反應速率增加，即燃燒速率增加；（3）湍流加快了新鮮混氣和燃氣之間的混合，縮短了混合時間，提高了燃燒速度。

第28頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月一、湍流火焰的特點湍流火焰理論正是基于以上概念發(fā)展起來的。湍流火焰?zhèn)鞑ダ碚撝饕袃煞N：（1）皺折表面理論（鄧克爾和謝爾金）（2）容積燃燒理論（薩默菲爾德和謝京科夫）

第29頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月一、湍流火焰的特點湍流特性參數(shù)：流體微團的平均脈動速度與主流速度之比。

在湍流中不規(guī)則運動的流體微團的平均尺寸，或湍流微團在消失前所經(jīng)過的平均距離湍流尺度

l：湍流強度：若

l<

（層流焰面厚度）為小尺度湍流，反之為大尺度湍流若

u’>ul

（層流火焰?zhèn)鞑ニ俣龋閺娡牧?，反之為弱湍流?0頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月二、湍流火焰?zhèn)鞑ニ俣热N湍流火焰模型：小尺度強湍流大尺度弱湍流大尺度強湍流第31頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月二、湍流火焰?zhèn)鞑ニ俣刃〕叨葟娡牧鳎和牧麂h面不發(fā)生皺折，但由于湍流增加了傳質(zhì)而使湍流火焰?zhèn)鞑ニ俣缺葘恿骰鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣瓤臁?/p>

湍流導溫系數(shù):

可推得湍流火焰?zhèn)鞑ニ俣群蛯恿骰鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣戎鹊扔趦烧邆鬏斅手鹊钠椒礁?/p>

第32頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月二、湍流火焰?zhèn)鞑ニ俣刃〕叨葟娡牧鳎盒〕叨韧牧髑闆r下，湍流火焰?zhèn)鞑ニ俣炔粌H與可燃混氣的物理化學性質(zhì)有關（即與ul成正比），還與流動特性有關（即與Re1/2有關）

第33頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月二、湍流火焰?zhèn)鞑ニ俣却蟪叨热跬牧鳎河捎谕牧髅}動，火焰發(fā)生皺折，但由于脈動速度小于正?；鹧?zhèn)鞑ニ俣?，鋒面仍然是連續(xù)的可以把湍流焰鋒看成由很多小的層流火焰錐組成，則：第34頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月二、湍流火焰?zhèn)鞑ニ俣却蟪叨热跬牧鳎喝绻牧魑F在錐形表面上的燃燒速度仍然是，則：錐體高度:微團存在的時間:由于大尺度湍流火焰鋒的表面積比層流火焰鋒的表面積大，所以大尺度湍流火焰?zhèn)鞑ニ俣缺葘恿骰鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣却蟆＿@就是湍流火焰的表面?zhèn)鞑サ谋砻胬碚摗?/p>

第35頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月二、湍流火焰?zhèn)鞑ニ俣却蟪叨葟娡牧鳎和牧鲝姸群艽髸r：

湍流火焰?zhèn)鞑ニ俣扰c化學動力學因素無關，只取決于脈動速度的大小。第36頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月二、湍流火焰?zhèn)鞑ニ俣?/p>

脈動速度、層流火焰?zhèn)鞑ニ俣燃盎鞖鉂舛仁怯绊懲牧骰鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣鹊闹饕蛩亍?/p>

經(jīng)驗公式：第37頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)本生燈燃燒過程及其火焰穩(wěn)定一、本生燈的燃燒過程右圖為本生燈簡圖。燃燒所需的空氣可全部從底部供入，也可在管口下游通過射流的引射獲取，或兩者兼有，這時火焰分外焰與內(nèi)焰兩部分。內(nèi)焰：預混火焰外焰：擴散火焰第38頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月一、本生燈的燃燒過程直管形收縮管形火焰頂端呈圓形；火焰底部不和噴嘴出口相重合，存在向外突出的一個區(qū)域以及靠近壁面處有一段無火焰區(qū)域火焰形狀接近正圓錐形火焰的幾何形狀：第39頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月一、本生燈的燃燒過程脫火或吹滅：增加混氣流速，火焰錐變長。流速進一步加大時，火焰錐會被吹滅即脫火。

回火：混氣流速減小時，火焰錐變短。當流速減小時，則會發(fā)生回火。

氣流速度不同時的三種工況：穩(wěn)定：混氣流速恰當時火焰掛在管口上。第40頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月二、本生燈火焰的穩(wěn)定一維管流的火焰穩(wěn)定條件：一維管流的火焰穩(wěn)定條件：混氣速度等于火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊?1頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月二、本生燈火焰的穩(wěn)定錐形火焰的穩(wěn)定條件：為火焰鋒面法向穩(wěn)定條件－余弦定律：切向穩(wěn)定條件：有一個穩(wěn)定的點火源。錐形火焰穩(wěn)定條件：1、余弦定律；2、穩(wěn)定的點火源。第42頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月二、本生燈火焰的穩(wěn)定錐形火焰的穩(wěn)定條件：氣流流速增大氣流流速減小第43頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月二、本生燈火焰的穩(wěn)定本生燈火焰穩(wěn)定分析：

本生燈火焰根部有一環(huán)形平面火焰，起著固定點火源的作用，稱之為點火環(huán)；點火環(huán)形成的原因及作用分析：點火環(huán)形成的原因是由于靠近射流壁面附近氣流速度及火焰?zhèn)鞑ニ俣确植疾痪鶆虻木壒?。?4頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)高速混氣流中火焰穩(wěn)定一、回流區(qū)的建立冷吹時，回流區(qū)長度約1.5H，燃燒時回流區(qū)長度約為6H。H為V型穩(wěn)定器尾槽寬。第45頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月一、回流區(qū)的建立四心、四區(qū)：上渦心、下渦心、前死心、后死心順流區(qū)、逆流區(qū)、前死區(qū)、后死區(qū)第46頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月二、回流區(qū)穩(wěn)定火焰的機理第47頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月三、影響回流區(qū)穩(wěn)定火焰的因素燃燒的影響第48頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月三、影響回流區(qū)穩(wěn)定火焰的因素燃燒的影響第49頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月三、影響回流區(qū)穩(wěn)定火焰的因素第50頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月四、回流區(qū)穩(wěn)定火焰的界限臨界火焰吹熄速度uB：引起吹熄的臨界氣流速度。影響火焰穩(wěn)定界限的因素：燃料性質(zhì)、可燃混合氣成分、可燃混合氣流速及湍流強度，可燃混合氣的溫度、鈍體形狀、尺寸、溫度，燃燒室壓力和溫度等。鈍體直徑1－17逐漸減小第51頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月四、回流區(qū)穩(wěn)定火焰的界限主流速度和湍流程度的影響：氣流速度增大，將縮小火焰穩(wěn)定界限；增大鈍體前主流的湍流程度將減小火焰的穩(wěn)定性。其原因是湍流影響邊界層內(nèi)速度的穩(wěn)定性。第52頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月四、回流區(qū)穩(wěn)定火焰的界限燃燒室形狀與尺寸的影響：阻塞比較小時，增加阻塞比可以增加火焰穩(wěn)定界限，但過份增大阻塞比，穩(wěn)定界限反而下降，存在最佳阻塞比。加長燃燒室將會縮小火焰穩(wěn)定界限。聲學效應的影響：增大噪聲強度對火焰穩(wěn)定性有不利的影響第53頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月五、回流區(qū)穩(wěn)定火焰理論能量理論：混氣是受到回流區(qū)高溫燃氣的加熱，達到著火溫度而使火焰保持穩(wěn)定。如果回流區(qū)傳給可燃新鮮混氣的熱量不足以使混氣達到著