《消防燃烧学》第十章燃烧传播过程.ppt

第十章 燃烧传播过程燃烧前沿面的概念及其传播机理层流火焰传播湍流火焰传播1 第一节 燃烧前沿面的概念及其传播机理2 3 火焰前沿-正在进行激烈发光反应的气体薄层。也称燃烧前沿。缓燃 火焰传播机理：依靠导热和分子扩散使未燃混合气温度升高，并进入反应区而引起化学反应，导致火焰传播。也称正常火焰传播。燃烧面前后气体的压力近似不变，可视为等压过程；亚音速传播爆震 火焰传播机理：传播不是通过传热、传质发生的，它是依靠气体膨胀引起的压力波的作用，使燃烧前沿不断向未燃混合气中推进。也称爆轰超音速传播；火焰面与有压力突越的激波面重合第一节 燃烧前沿面的概念及其传播机理4 第一节 燃烧前沿面的概念及其传播机理燃烧前沿可燃混合物燃烧产物（1）如果 ，则燃烧前沿向着气流上游方向（向左）移动；（2）如果 ，则燃烧前沿向着气流下游方向（向左）移动；（3）如果 ，则燃烧前沿向着气流便驻定不动。 上述平整的燃烧前沿只是对层流或静止气流才能得到，紊流（湍流）时燃烧前言将是紊乱的、曲折的。2.火焰传播速度5 3.层流传播速度及紊流传播速度层流传播速度 层流下燃烧前沿的传播速度（沿法线方向）称为“正常传播速度”或“层流传播速度”（ ）；燃烧前沿为平整形状。紊流传播速度 紊流下的传播速度称为“紊流传播速度”（ ），也称为“实际传播速度”；燃烧前沿紊乱、曲折。层流火焰的研究仍然是燃烧理论的中心问题。第一节 燃烧前沿面的概念及其传播机理6 燃烧前沿面的概念及其传播机理层流火焰传播湍流火焰传播第十章 燃烧传播过程7 第二节 层流火焰传播层流传播理论概述 燃烧前沿正常传播速度的描述基于层流火焰传播理论，目前存在3个理论热理论：热传导控制火焰传播扩散理论：链载体的逆向扩散控制火焰传播综合理论：热传导和活性中心扩散共同控制 实际火焰传播过程更符合综合理论 描述燃烧前沿的质量扩散方程与热扩散方程相似，可用温度变化反应浓度变化，用求解导热方程分析燃烧前沿的性质，可简化问题。8 层流火焰传播速度的推导 速度推导依据是苏联泽尔多维奇等人提出的热理论基本思想： 若由Ⅱ区导出之热量能使未燃 混合气之温度上升至着火温度 TB’，则火焰就能保持温度的传 播。 x（Ⅱ）反应区T（Ⅰ）（Ⅱ）TKTB’T0图10-2 燃烧前沿的温度分布（Ⅰ）预热区TB假设条件 ①流动是平面一维的； ②系统绝热，忽视辐射传热； ③火焰只用于加热气体； ④化学反应只在反应区进行，反应区内温度均匀。第二节 层流火焰传播9 取单元体积（单位面积上），厚度为dx。1、化学反应热2、由下游（x+dx）传入单元体热量傅立叶定律：指出了导热热量与导热面积和温度梯度之间的关系，即在导热现象中，单位时间内通过给定面积的热量正比于该处垂直于导热方向的截面积及其温度梯度，表示为 第二节 层流火焰传播10 3、由单元体向上游边界传出的热量4、单元体升温消耗热量根据热量平衡：燃烧前沿导热微分方程：第二节 层流火焰传播11 层流火焰传播速度在反应区内，由于反应很激烈，忽略温度梯度，因此，能量方程中的反应区升温消耗的热量 可忽略， ，能量方程为：第二节 层流火焰传播正常传播速度近似表达式：12 第二节 层流火焰传播层流火焰传播速度的影响因素 实际中，一般是通过实验方法测定燃烧前沿正常传播速度的13 第二节 层流火焰传播14 第二节 层流火焰传播15 第二节 层流火焰传播16 第二节 层流火焰传播17 第二节 层流火焰传播18 19 第十章 燃烧传播过程燃烧前沿面的概念及其传播机理层流火焰传播湍流火焰传播20 第三节 湍流火焰传播1.湍流火焰现象 紊流燃烧前沿面：把焰面视为一未燃气与已燃气之间的宏观整体分界面 紊流燃烧前沿传播速度：指紊流燃烧前沿法向相对于新鲜可燃气运动的速度 　　火焰长度缩短，焰锋变宽，并有明显的噪声，焰锋不再是光滑的表面，而是抖动的粗糙表面，火焰传播快。 湍流火焰：　火焰锋面光滑，焰锋厚度很薄，火焰传播速度小。层流火焰：21 2.湍流火焰的特点湍流火焰传播速度较层流大几倍，不仅与燃料的物理化学性质有关，而且与湍流性质有关，湍流强度增大，将使湍流火焰传播速度增加，火焰更短。燃烧室尺寸更紧凑，加上向外散热损失小，因此燃烧设备的经济性好。湍流火焰伴随着噪音第三节 湍流火焰传播原因：（1）湍流流动使火焰变形，火焰表面积增加，因而增大了反应区；（2）湍流加速了热量和活性中心的传输，使反应速率增加，即燃烧速率增加；（3）湍流加快了新鲜氧气和燃气之间的混合