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1、燃料与燃烧第七章气体燃料燃烧第七章气体燃料燃烧要求：了解不同射流流动的特征，掌握扩散燃烧与动力燃烧的概念、结构及特性，了解气体燃料燃烧器的工作原理与设计方法。第七章气体燃料燃烧第一节第一节 扩散燃烧与动力燃烧扩散燃烧与动力燃烧qq扩散燃烧与动力燃烧扩散燃烧与动力燃烧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七章气体燃料燃烧第二节第二节 射流流动射流流动qq射流分类射流分类射流分类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
2、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七章气体燃料燃烧第二节第二节 射流流动射流流动一、圆形湍流自由射流一、圆形湍流自由射流一、圆形湍流自由射流一、圆形湍流自由射流第七章气体燃料燃烧第二节第二节 射流流动射流流动一、圆形湍流自由射流一、圆形湍流自由射流一、圆形湍流自由射流一、圆形湍流自由射流过渡段初始段自模段OCO为射流核心，核心区内速度、浓度等与出口处相同，长度约45d0 x/d0810，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。第七章气体燃料燃烧第二节第二节 射流流动射流流动一、圆形湍流自由射流一、圆形湍流自由射流一、
3、圆形湍流自由射流一、圆形湍流自由射流自模段的特性：第七章气体燃料燃烧第二节第二节 射流流动射流流动一、圆形湍流自由射流一、圆形湍流自由射流一、圆形湍流自由射流一、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：第七章气体燃料燃烧第二节第二节 射流流动射流流动一、圆形湍流自由射流一、圆形湍流自由射流一、圆形湍流自由射流一、圆形湍流自由射流自模段的特性：实际上，b与x成正比：第七章气体燃料燃烧第二节第二节 射流流动射流流动二、射流的吸卷及吸卷量的计算二、射流的吸卷及吸卷量的计算二、射流的吸卷及吸卷量的计算二、射流的吸卷及吸卷量的
4、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吸卷吸卷吸卷或或或或引射引射引射引射。任意截面及出口截面上射流的质量流量为：第七章气体燃料燃烧第二节第二节 射流流动射流流动三、其它形式的射流三、其它形式的射流三、其它形式的射流三、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。第七章气体燃料燃烧第二节第二节 射流流动射流流动三、其它形式的射流三、其它形式的射流三、其它形式的射流三、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
5、张角、速度及浓度沿轴向的变化率随之减小。第七章气体燃料燃烧第二节第二节 射流流动射流流动三、其它形式的射流三、其它形式的射流三、其它形式的射流三、其它形式的射流环状射流第七章气体燃料燃烧第二节第二节 射流流动射流流动三、其它形式的射流三、其它形式的射流三、其它形式的射流三、其它形式的射流同轴射流第七章气体燃料燃烧第二节第二节 射流流动射流流动三、其它形式的射流三、其它形式的射流三、其它形式的射流三、其它形式的射流交叉射流第七章气体燃料燃烧第二节第二节 射流流动射流流动三、其它形式的射流三、其它形式的射流三、其它形式的射流三、其它形式的射流旋转射流第七章气体燃料燃烧第二节第二节 射流流动射流流动
6、三、其它形式的射流三、其它形式的射流三、其它形式的射流三、其它形式的射流旋转射流旋流数S0.6为强旋流S0.6为弱旋流第七章气体燃料燃烧第二节第二节 射流流动射流流动三、其它形式的射流三、其它形式的射流三、其它形式的射流三、其它形式的射流旋转射流第七章气体燃料燃烧第二节第二节 射流流动射流流动三、其它形式的射流三、其它形式的射流三、其它形式的射流三、其它形式的射流受限射流第七章气体燃料燃烧第三节第三节 扩散火焰结构扩散火焰结构一、扩散火焰结构一、扩散火焰结构一、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七章气体燃料燃烧
7、第三节第三节 扩散火焰结构扩散火焰结构一、扩散火焰结构一、扩散火焰结构一、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七章气体燃料燃烧第三节第三节 扩散火焰结构扩散火焰结构一、扩散火焰结构一、扩散火焰结构一、扩散火焰结构一、扩散火焰结构湍流扩散火焰第七章气体燃料燃烧第三节第三节 扩散火焰结构扩散火焰结构二、扩散火焰高度二、扩散火焰高度二、扩散火焰高度二、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
8、初始速度无关第七章气体燃料燃烧第三节第三节 扩散火焰结构扩散火焰结构二、扩散火焰高度二、扩散火焰高度二、扩散火焰高度二、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：热负荷修正系数第七章气体燃料燃烧第三节第三节 扩散火焰结构扩散火焰结构三、扩散火焰的特点三、扩散火焰的特点三、扩散火焰的特点三、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七章气体燃料燃烧第四节第四节 预混火焰结构预混火焰结构qq预混火焰预混火焰预混火焰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
9、度：第七章气体燃料燃烧第四节第四节 预混火焰结构预混火焰结构qq预混火焰的特点预混火焰的特点预混火焰的特点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火道燃烧室（无焰燃烧）燃烧室（无焰燃烧）第七章气体燃料燃烧第四节第四节 预混火焰结构预混火焰结构qq预混火焰防止回火的措施预混火焰防止回火的措施预混火焰防止回火的措施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
10、和孔道直径。第七章气体燃料燃烧第五节第五节 引射式大气燃烧器引射式大气燃烧器qq引射式引射式引射式引射式大气燃烧器结构大气燃烧器结构大气燃烧器结构大气燃烧器结构1、调风板、调风板2、一次空气口、一次空气口3、引射器喉部、引射器喉部4、喷嘴、喷嘴5、火孔、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0.450.75。第七章气体燃料燃烧第五节第五节 引射
11、式大气燃烧器引射式大气燃烧器qq引射器引射器引射器引射器工作原理工作原理工作原理工作原理第七章气体燃料燃烧第五节第五节 引射式大气燃烧器引射式大气燃烧器qq引射器引射器引射器引射器工作原理工作原理工作原理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：第七章气体燃料燃烧第五节第五节 引射式大气燃烧器引射式大气燃烧器qq引射器引射器引射器引射器工作原理工作原理工作原理工作原理流动阻力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七章气体燃料燃烧第五节第五节 引射式大气燃烧器引射式大气燃
12、烧器qq引射器引射器引射器引射器工作原理工作原理工作原理工作原理热阻热阻温升流出动能流出动能第七章气体燃料燃烧第五节第五节 引射式大气燃烧器引射式大气燃烧器qq引射器引射器引射器引射器工作原理工作原理工作原理工作原理燃烧器头部的能量损失系数民用燃烧器K1=2.72.9第七章气体燃料燃烧第五节第五节 引射式大气燃烧器引射式大气燃烧器qq引射器引射器引射器引射器组成与结构参数组成与结构参数组成与结构参数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:喷嘴喷嘴喷嘴喷嘴流量系数=0.70.78喷孔直径:12.5mm长径比=12锥角=90 120第七章气体燃料燃烧第五节第五节
13、 引射式大气燃烧器引射式大气燃烧器qq引射器引射器引射器引射器组成与结构参数组成与结构参数组成与结构参数组成与结构参数吸气收缩管吸气收缩管吸气收缩管吸气收缩管圆锥形进口面积与出口面积之比一般为46 一次空气的进风面积一般为燃烧器火孔总面积的1.252.25倍，吸入风速不超过1.5m/s 第七章气体燃料燃烧第五节第五节 引射式大气燃烧器引射式大气燃烧器qq引射器引射器引射器引射器组成与结构参数组成与结构参数组成与结构参数组成与结构参数混合管混合管混合管混合管 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
14、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68，出口面积与进口面积之比为23。扩压管扩压管扩压管扩压管 第七章气体燃料燃烧第五节第五节 引射式大气燃烧器引射式大气燃烧器qq引射器引射器引射器引射器组成与结构参数组成与结构参数组成与结构参数组成与结构参数第七章气体燃料燃烧第五节第五节 引射式大气燃烧器引射式大气燃烧器qq引射式引射式引射式引射式大气燃烧器的特点及应用范围大气燃烧器的特点及应用范围大气燃烧器的特点及应用范围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：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
15、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。第七章气体燃料燃烧第五节第五节 引射式大气燃烧器引射式大气燃烧器qq引射式引射式引射式引射式大气燃烧器的特点及应用范围大气燃烧器的特点及应用范围大气燃烧器的特点及应用范围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：引射式大气燃烧器应用范围：1火孔；2二次空气；
16、3稳焰孔；4引射器；5火道；6小孔火道式 稳焰孔式第七章气体燃料燃烧第五节第五节 引射式大气燃烧器引射式大气燃烧器qq引射式引射式引射式引射式大气燃烧器的设计计算大气燃烧器的设计计算大气燃烧器的设计计算大气燃烧器的设计计算引射器的划分：引射器的划分：引射器的划分：引射器的划分：根据气体燃料的喷射压力：2104 Pa 高（中）压引射器2104 Pa 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）第七章气体燃料燃烧第五节第五节 引射式大气燃烧器引射式大气燃烧器qq引射式引射式引射式引射式大气燃烧器的设计计算大气燃烧器的设
17、计计算大气燃烧器的设计计算大气燃烧器的设计计算低压引射器设计计算：低压引射器设计计算：低压引射器设计计算：低压引射器设计计算：引射器的引射器的引射器的引射器的特性方程式特性方程式特性方程式特性方程式第七章气体燃料燃烧第五节第五节 引射式大气燃烧器引射式大气燃烧器qq引射式引射式引射式引射式大气燃烧器的设计计算大气燃烧器的设计计算大气燃烧器的设计计算大气燃烧器的设计计算燃烧器的设计计算：燃烧器的设计计算：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判别式燃烧器判别式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七章气体燃料燃烧第六节第六节 鼓风式燃烧器鼓风式燃烧
18、器一、套管式燃烧器1.热负荷小2.燃烧缓慢、火焰长3.结构简单4.不回火5.流阻小（燃料与空气的供给压力低）第七章气体燃料燃烧第六节第六节 鼓风式燃烧器鼓风式燃烧器二、低压涡流式烧嘴1.热负荷大，放热集中2.燃烧迅速、火焰短3.有回火的可能第七章气体燃料燃烧第六节第六节 鼓风式燃烧器鼓风式燃烧器三、天然气导流叶片式旋流燃烧器1.空气供给能力大2.流阻大第七章气体燃料燃烧第七节第七节 燃烧器的适应性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，应保证燃烧器的热负荷不发生大的改变：第七章气体燃料燃烧第八节第八节 新型气体燃料燃烧器新型气体燃料燃烧器qq平焰平焰平焰平焰燃烧器燃烧器燃烧器燃烧器SPM平焰燃烧器半引射直流式平焰燃烧器第七章气体燃料燃烧第八节第八节 新型气体燃料燃烧器新型气体燃料燃烧器qq低低低低NONOx x燃烧器燃烧器燃烧器燃烧器SNT燃烧器废气循环式燃烧器第七章气体燃料燃烧第八节第八节 新型气体燃料燃烧器新型气体燃料燃烧器qq高速燃烧器高速燃烧器高速燃烧器高速燃烧器SGM型燃气低压高速燃烧器带缩口燃烧室的高速燃烧器