第二讲 油燃烧的基本原理.ppt

§2 油燃烧的基本原理 §2—1 液体燃料燃烧概述 1．分类：预蒸发型燃烧 液面燃烧 液雾燃烧 2．预蒸发燃烧 液体→气体→燃烧室 液化石油汽燃烧 3．液面燃烧 液体→表面蒸发→燃烧 酒精灯 4．液雾燃烧液体→微细颗粒→蒸发→燃烧 燃烧程度比液面高 5．实质 液体→气体→燃烧 燃料蒸汽+氧化剂+适宜的温度或能量 6．关键性性因素 液体→蒸发成气体 过程→气体燃烧过 程 锅炉中 液雾燃 烧 §2—2 高温环境中液滴的蒸发 一、液滴蒸发的过程 1．初始状态 ： 液滴低温，蒸发以扩散为主，其速度较慢。 2．液滴吸收热量（对流+辐射）表面蒸发且向内部导热。 3．液滴温度升高，蒸发↑ 油蒸气浓度↑ 扩散加强↑ 4．单方面扩散 油蒸气→氧化剂 5．油气扩散方向与热方向相逆 升温减慢 6．最终液滴温度趋于一致，类似于湿球温度计状态。 7．传入的热量全部用于蒸发。 8．以上是在很短时间内完成。 二、液滴蒸发的基本方程 1．基本条件或假设 （1）球形 （2）无相对运动（静止于空气 中） （3）等压 （4）无化学反应（燃烧） （5）无热福射 （6）只有氧化剂（ （7）准定常数 （8）热物性参数为常数 2．基本方程 （1）连续性方程 （2）动量方程 （3）能量方程 （4）扩散方程 （5）边界条件 r=r液滴表面） r=∞ （环境） 3．方程（求解结果） （1） G：kg/s 密度kg/m3 dw m3 uw m/s uw相界面上单位面积的液滴蒸发速度 （2） （3）液滴蒸发时间： 4．结论 大液滴比小液滴蒸发时间长。 §2—3 静止条件液滴的燃烧 一、液滴燃烧的基本方程 1．（1）连续性方程 （2）动量方程 （3）能量方程 （4）质量方程 （5）扩充方程 （6）边界条件 2．方程求解结果 3．液滴燃烧分析 3.1 火焰温度Tf 3.2 温度分布 3.3 浓度分布 3.4 液滴表面温度 Tw Tw接近沸点温度T6； 计算中取Tb。 3.5 定性分析图(图2—7)? 4．液滴燃烧速度 t 时间 kf 液滴的燃烧常数 与蒸发时方程相同 5．Kf 烃类 数量级 10—2 cm2/s 图2—8 t ms? 6．结论 dw增加一倍， 燃烧时间增加4倍 Kf ↑ dw 时间 ↓ 表2—2 图2—8 十六烷 C16H34 图2—9 §2—4 流动条件下液滴的蒸发与燃烧 一、流动的影响 1．在不同的运动速度下火焰的形状（图2—10）速度很高时，火焰会熄灭。 2．其它影响因素：减小液滴直径，降低氧浓度，降低火焰周围气体温度，同样会发生上述过程。 二、球对称折算薄膜理论 1．现象：蒸发燃烧为卵形 二维轴对称 2．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 （2）第一步，不考虑蒸发与燃烧，只存在对流放热，对流放热看成固体球的导热。（2—93）式 第二步，不考虑对流，只考虑液滴球内导热与扩散，从而求出蒸发与燃烧损失。（2—105） 3．计算结论： 蒸发速度 §2—5 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。 2．影响蒸发与燃烧的主要因素，壁面温度 图2—12 dw=2.35 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。 3．图2—12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 §2—6 液体燃烧的雾化 一、意义 液体直径↓ 蒸发速度↑ 燃烧速度↑ dw=1mm 煤油1s。 50μm 0.0025s 1cm3雾化成1mm，表面积60cm2， 50μm 表面积1200cm2 雾化质量的优劣直接影响燃烧。 二、常用雾化装置 雾化器 喷咀 1．直流型喷咀：压力雾化 5~500μm 结构简单，布置方便。 实心园锥液膜，破裂雾化 图a 2．离心式喷咀 3000~6000r.p.m 离心力甩出，雾化角大。 3．气动喷咀：空气雾化 4．旋转喷咀：离心雾化 5．撞击式喷咀：燃料和氧化剂撞击。图e 三、液雾炬的形成 1．粘性力 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。 四、图2—16 1．喷射压差很小，重力和表面张力取主导作用，1.89倍孔径。 2．喷射压差 ↑ 光滑层流状态，扭曲与振动，轴对称，波长λ＜πd 液柱不破碎 3．Λ=4.51d 破碎液滴 dw=1.89d 4．喷射压差↑↑ 波纹流 振幅↑ 5．△P↑↑↑ 液流内部激烈搅动 相对速度↑ 气动压