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1、第二讲油燃烧的基本原理第一页，本课件共有40页 5实质实质液体液体气体气体燃烧燃烧燃料蒸汽燃料蒸汽+氧化剂氧化剂+适宜的温度或能量适宜的温度或能量6关键性性因素关键性性因素液体液体蒸发成气体蒸发成气体过程过程气体燃烧过气体燃烧过程程锅炉中锅炉中液雾燃液雾燃烧烧第二页，本课件共有40页22高温环境中液滴的蒸发高温环境中液滴的蒸发一、液滴蒸发的过程一、液滴蒸发的过程1初初始始状状态态：液液滴滴低低温温，蒸蒸发发以以扩扩散散为为主主，其其速度较慢。速度较慢。2液液滴滴吸吸收收热热量量（对对流流+辐辐射射）表表面面蒸蒸发发且且向向内内部导热。部导热。3液滴温度升高，蒸发液滴温度升高，蒸发油蒸气浓度油蒸
2、气浓度扩散加强扩散加强4单方面扩散单方面扩散油蒸气油蒸气氧化剂氧化剂5油气扩散方向与热方向相逆油气扩散方向与热方向相逆升温减慢升温减慢6最最终终液液滴滴温温度度趋趋于于一一致致，类类似似于于湿湿球球温温度度计计状态。状态。7传入的热量全部用于蒸发。传入的热量全部用于蒸发。8以上是在很短时间内完成。以上是在很短时间内完成。第三页，本课件共有40页第四页，本课件共有40页二、液滴蒸发的基本方程二、液滴蒸发的基本方程1基本条件或假设基本条件或假设（1）球形）球形（2）无相对运动（静止于空气）无相对运动（静止于空气中）中）（3）等压）等压（4）无化学反应（燃烧）无化学反应（燃烧）（5）无热福射）无热福
3、射（6）只有氧化剂（）只有氧化剂（7）准定常数）准定常数（8）热物性参数为常数）热物性参数为常数第五页，本课件共有40页2基本方程基本方程（1）连续性方程）连续性方程（2）动量方程）动量方程（3）能量方程）能量方程（4）扩散方程）扩散方程（5）边界条件）边界条件r=r液滴表面）液滴表面）r=（环境）（环境）3方程（求解结果）方程（求解结果）（1）G：kg/s密度密度kg/m3dwm3uwm/suw相界面上单位面积的液滴蒸发速度相界面上单位面积的液滴蒸发速度第六页，本课件共有40页第七页，本课件共有40页（2）（3）液滴蒸发时间：）液滴蒸发时间：4结论结论大液滴比小液滴蒸发时间长。大液滴比小液滴
4、蒸发时间长。第八页，本课件共有40页23静止条件液滴的燃烧静止条件液滴的燃烧一、液滴燃烧的基本方程一、液滴燃烧的基本方程1（1）连续性方程）连续性方程（2）动量方程）动量方程（3）能量方程）能量方程（4）质量方程）质量方程（5）扩充方程）扩充方程（6）边界条件）边界条件 第九页，本课件共有40页2方程求解结果方程求解结果3液滴燃烧分析液滴燃烧分析3.1火焰温度火焰温度Tf 第十页，本课件共有40页3.2温度分布温度分布3.3浓度分布浓度分布3.4液滴表面温度液滴表面温度TwTw接近沸点温度接近沸点温度T6；计算中取计算中取Tb。3.5定性分析图定性分析图(图图27)4液滴燃烧速度液滴燃烧速度t
5、时间时间kf液滴的燃烧常数液滴的燃烧常数与蒸发时方程相同与蒸发时方程相同 第十一页，本课件共有40页5Kf烃类烃类数量级数量级102cm2/s图图28tms6结论结论dw增加一倍，增加一倍，燃烧时间增加燃烧时间增加4倍倍Kfdw时间时间表表22图图28十六烷十六烷C16H34第十二页，本课件共有40页图29第十三页，本课件共有40页24流动条件下液滴的蒸发与燃烧流动条件下液滴的蒸发与燃烧一、流动的影响一、流动的影响1在在不不同同的的运运动动速速度度下下火火焰焰的的形形状状（图图210）速度很高时，火焰会熄灭。）速度很高时，火焰会熄灭。2其其它它影影响响因因素素：减减小小液液滴滴直直径径，降降低
6、低氧氧浓浓度度，降降低低火火焰焰周周围围气气体体温温度度，同同样样会会发生上述过程。发生上述过程。第十四页，本课件共有40页第十五页，本课件共有40页二、球对称折算薄膜理论二、球对称折算薄膜理论1现象：蒸发燃烧为卵形现象：蒸发燃烧为卵形二维轴对称二维轴对称2折算薄膜理论折算薄膜理论（1）二维轴对称简化为球对称导热与扩散问题）二维轴对称简化为球对称导热与扩散问题（2）第第一一步步，不不考考虑虑蒸蒸发发与与燃燃烧烧，只只存存在在对对流流放放热热，对对流放热看成固体球的导热。（流放热看成固体球的导热。（293）式）式第二步，不考虑对流，只考虑液滴球内导热与扩散，从而求出第二步，不考虑对流，只考虑液滴
7、球内导热与扩散，从而求出蒸发与燃烧损失。（蒸发与燃烧损失。（2105）第十六页，本课件共有40页第十七页，本课件共有40页3计算结论：蒸发速度第十八页，本课件共有40页25高温壁面上的的滴燃烧高温壁面上的的滴燃烧1燃烧室中发生液滴与壁面碰撞且发生燃烧。燃烧室中发生液滴与壁面碰撞且发生燃烧。2影响蒸发与燃烧的主要因素，壁面温度影响蒸发与燃烧的主要因素，壁面温度图图212dw=2.35液滴与壁面温度关系液滴与壁面温度关系a、b、c、d等为实验点，而不是过程曲线。等为实验点，而不是过程曲线。3图图212各过程物理特性各过程物理特性液膜蒸发区；沸腾蒸发区；过渡区；球形蒸发区液膜蒸发区；沸腾蒸发区；过渡
8、区；球形蒸发区第十九页，本课件共有40页第二十页，本课件共有40页第二十一页，本课件共有40页第二十二页，本课件共有40页26液体燃烧的雾化液体燃烧的雾化一、意义一、意义液体直径液体直径蒸发速度蒸发速度燃烧速度燃烧速度dw=1mm煤油煤油1s。50m0.0025s1cm3雾雾化化成成1mm，表表面面积积60cm2，50m表表面面积积1200cm2雾化质量的优劣直接影响燃烧。雾化质量的优劣直接影响燃烧。第二十三页，本课件共有40页二、常用雾化装置二、常用雾化装置雾化器雾化器喷咀喷咀1直流型喷咀：压力雾化直流型喷咀：压力雾化5500m结构简单，布置方便。结构简单，布置方便。实心园锥液膜，破裂雾化实
9、心园锥液膜，破裂雾化图图a2离心式喷咀离心式喷咀30006000r.p.m离心力甩出，雾化角大。离心力甩出，雾化角大。3气动喷咀：空气雾化气动喷咀：空气雾化4旋转喷咀：离心雾化旋转喷咀：离心雾化5撞击式喷咀：燃料和氧化剂撞击。图撞击式喷咀：燃料和氧化剂撞击。图e第二十四页，本课件共有40页第二十五页，本课件共有40页三、液雾炬的形成三、液雾炬的形成1粘性力粘性力表面张力，惯性力，外界空气阻力表面张力，惯性力，外界空气阻力2空气阻力的作用应大于粘性力和表面张力，使粗颗粒细化。空气阻力的作用应大于粘性力和表面张力，使粗颗粒细化。第二十六页，本课件共有40页第二十七页，本课件共有40页四、图四、图2
10、161喷喷射射压压差差很很小小，重重力力和和表表面面张张力力取取主主导导作作用用，1.89倍孔径。倍孔径。2喷喷射射压压差差光光滑滑层层流流状状态态，扭扭曲曲与与振振动动，轴轴对对称称，波长波长d液柱不破碎液柱不破碎3=4.51d破碎液滴破碎液滴dw=1.89d4喷射压差喷射压差波纹流波纹流振幅振幅5P液液流流内内部部激激烈烈搅搅动动相相对对速速度度气气动动压压力摩擦效应力摩擦效应撕成细颗料撕成细颗料喷雾流喷雾流第二十八页，本课件共有40页五、喷射系数Uf 取主导作用Je400 喷雾流第二十九页，本课件共有40页27液雾炬特性液雾炬特性一、特性说明雾化的质量一、特性说明雾化的质量包括空间形状包
11、括空间形状液滴分布液滴分布尺寸及分布特性尺寸及分布特性二、空间形状二、空间形状1液雾炬锥角液雾炬锥角雾化角雾化角Qe喷射量不变喷射量不变雾化与混合质量将提高。雾化与混合质量将提高。2迎风阻力迎风阻力喷射距离喷射距离 第三十页，本课件共有40页第三十一页，本课件共有40页3L喷孔长度喷孔长度Re油在喷孔内的油在喷孔内的Re值值4长度长度不考虑气流运动（通常如此）不考虑气流运动（通常如此）mm=0.7t ms第三十二页，本课件共有40页三、液滴分布三、液滴分布1图图218中间较多，向外逐渐减少，但更趋均匀中间较多，向外逐渐减少，但更趋均匀2园锥形园锥形3与质量分布有关的常数与质量分布有关的常数 第
12、三十三页，本课件共有40页4截面流量截面流量5液滴直径（平均值）液滴直径（平均值）算术平均算术平均体积平均体积平均表面积平均表面积平均质量平均质量平均比表面积比表面积主要的采用比表面平均直径主要的采用比表面平均直径S.M.D.第三十四页，本课件共有40页第三十五页，本课件共有40页28液雾燃烧液雾燃烧一、分类一、分类1预蒸发型气体燃烧预蒸发型气体燃烧空空气气温温度度高高，雾雾化化细细，燃燃料料挥挥发发很很好好，混混合合较较好好。着着火火前前要要有有预混合蒸发速度大于燃烧速度预混合蒸发速度大于燃烧速度主要影响因素：气相扩散主要影响因素：气相扩散2液滴群扩散燃烧液滴群扩散燃烧受液滴群蒸发速度和向燃
13、烧区扩散受液滴群蒸发速度和向燃烧区扩散双重因素影响双重因素影响3复合燃烧复合燃烧颗粒分布不均，前两种合成颗粒分布不均，前两种合成第三十六页，本课件共有40页二、第一种二、第一种气流湍流燃烧气流湍流燃烧蒸发不是主要矛盾，主要是化学动力学和湍流特性起作用。蒸发不是主要矛盾，主要是化学动力学和湍流特性起作用。第二种第二种蒸发与燃烧同时进行蒸发与燃烧同时进行蒸发与扩散是矛盾的主要方面。蒸发与扩散是矛盾的主要方面。第三种第三种较为复杂。较为复杂。第三十七页，本课件共有40页三、液滴群燃烧三、液滴群燃烧蒸发与燃烧存在下述特点：蒸发与燃烧存在下述特点：1热量交换热量交换相邻之间相邻之间使使t 缩短；缩短；2
14、相邻之间争夺氧气，使相邻之间争夺氧气，使t 增加；增加；3滴滴间间燃燃烧烧，液液滴滴靠靠的的很很近近，火火焰焰半半径径大大于于液液滴滴半半径；径；4滴状燃烧。滴状燃烧。第三十八页，本课件共有40页四、燃烧常数四、燃烧常数1图图2222表表25五、火焰传播五、火焰传播1d10m预混燃烧类似（气体）；预混燃烧类似（气体）；2d=1040m火焰成连续表面团状；火焰成连续表面团状；3d40m液滴依靠邻近液滴点燃，火焰不连续。液滴依靠邻近液滴点燃，火焰不连续。六、当液滴间隔为直径六、当液滴间隔为直径2.5倍以下时火焰为连续状倍以下时火焰为连续状间距增大，液滴直径小，传播时间长。间距增大，液滴直径小，传播
15、时间长。单个液滴直径单个液滴直径蒸发蒸发放热量大，着火准备时间放热量大，着火准备时间第三十九页，本课件共有40页七、一维滴群扩散燃烧七、一维滴群扩散燃烧均匀液滴均匀液滴液雾燃烧加快液雾燃烧加快实实际际应应用用粒粒径径分分布布不不同同，惯惯性性不不同同，穿穿透透深深度度亦亦不不同同，在在燃烧空间有较好的分布。燃烧空间有较好的分布。均匀，集中在燃烧室某一部分，局部燃料过富不利于燃烧。均匀，集中在燃烧室某一部分，局部燃料过富不利于燃烧。八、一维滴间燃烧八、一维滴间燃烧1基本假设基本假设2燃料消耗量燃料消耗量3燃烧完全度（效率）燃烧完全度（效率）九、液雾燃烧的实验研究九、液雾燃烧的实验研究第四十页，本课件共有40页