《燃烧理论基础.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《燃烧理论基础.ppt（39页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、第四章 燃烧理论基础,主要内容,活化分子碰撞理论,活化络合物的过渡态理论,链锁反应理论,射流特性及其混合过程,化学反应过程化学平衡,化学平衡 aA+bB cC+dD 化合物的反应速度 单位时间内由于化学反应而使反应物质（或产物）的浓度改变的速率,平均速度,瞬时速度,mol/m3.s,化合物的反应速度 系统的反应速度,质量作用定律,对于单相化学反应，在温度不变的条件下，瞬间的化学反应速度与该瞬间参加反应的反应物浓度的幂次方的乘积成正比，各反应物浓度的方次为该反应物的化学计量系数,反应平衡常数,注意,反应平衡常数只是温度的函数,反应平衡常数的计算公式只适用于基元反应,质量作用定律只适用于基元反应,
2、燃烧的反应速度及反应级数,基元反应中，各反应物的化学计量系数的和即为反应的级数 燃烧反应为复杂反应，反应级数需实验确定 一般碳氢化学物的燃烧反应级数为1.72.2,阿累尼乌斯定律,注意：适用于基元反应,建立在活化分子碰撞理论上,反映了温度对反应速度的影响,活化分子碰撞理论,阿累尼乌斯定律的局限性,只是描述了过程的始末，没有涉及其所经历的过程，燃烧和爆炸是一步完成的。 仅适用于一些燃烧随着反应温度的升高而急遽增高的的情况。 对于许多反应、燃烧现象无法解释，有其局限性,活化络合物的过渡态理论,该理论假设在所有的反应中都存在着反应物的一种中间活化络合态。 活化络合物是反应物的一种瞬变状态，可自发地以
3、一定常速度分解成产物,链锁反应理论,几乎所有的燃烧反应都不是简单地服从质量作用定律和Arrhenius定律，因为燃烧反应的许多特点都无法用简单的反应机理来解释。如： a. 经过一个感应期后达到极高的反应速度 例如氢的燃烧反应 2H2+ O2= 2H2O b. 冷焰现象 有些燃烧反应不需要预热，在很低的温度下即可出现火焰。例如，磷及乙醚蒸气的氧化所出现的冷焰，在未达到正常着火的低温下其反应速度已经很高了； c. 催化作用 例如CO的燃烧反应，加少量的水蒸汽能加快反应的进行。,链锁反应,定义 整个反应由若干相继发生或平行发生的基元反应组成 每一次基元反应又会产生活化中心，且促使反应能够继续发展 反
4、应过程如同链环一样，紧密联系在一起，因而称之为链锁反应 特点 反应速度一般较快 每一个基元反应都可能影响整体反应速度 反应过程中产生大量活化中心（自由态原子、自由基、离子）,链锁反应,链锁反应历程：,链的引发-由反应物分子生成自由基的反应,链的传递-自由基与分子相互作用产生新的自由基的交替过程,链的中断-当自由基被消除时链就中止。销毁方式：气相销毁和器壁销毁,链锁反应分类,直链反应 支链反应（分枝链反应）,每一步只产生一个活化中心，反应活化中心不增殖,每消耗一个自由基就产生一个以上新的自由基，反应活化中心不断增殖,直链反应,由于链中断随时可能发生，因此直链反应的反应速度很有限,分枝链反应,氢氧
5、燃烧反应机理,（链传递及支化）,总反应 :,（1）,（链引发）,（2）,（3）,（4）,分枝链反应,烃类化合物的燃烧属于分枝链反应 有感应期，感应期比较长 表现出明显的阶段性，即在着火前常出现冷焰 与着火时的热焰比较，温度较低，辉光较弱，产生的热量很少，这种现象是烃类气相氧化的特征之一，称为焰前反应,射流特性及其混合过程,实际意义 射流是大多数工程燃烧混合的主要方式：除固体燃料有时以块状进行燃烧外，其它燃料和氧化剂都是以射流形式送入燃烧空间的。 物理因素在整个燃烧过程起着更为重要的作用例如有焰燃烧。,1、平面自由射流,定义 气流由喷口射入充满静止空气且不受约束空间时的流动称为自由射流 自由射流
6、的特点 射流气体离开喷口以后，因与外围流体之间有速度差，且有粘性，故产生紊流漩涡层，与外围流体进行动量和质量交换，导致各流动截面上的速度、浓度分布特征发生变化。根据这些特征，沿射流的前进方向，可将射流分为初始段，过渡段和充分发展段,自由射流结构,ABC内为势流核心，各点速度保持出口速度不变，长度约为喷口直径的45倍 过渡段长度约为喷口直径的10倍,势流核心,扩展角,射流边界,射流结构,扩展角 轴线上的轴向速度衰减 只与相对距离x/R0有关 截面上速度的径向分布,a为湍流系数，圆形喷口约为0.070.76,射流卷吸及卷吸率,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
7、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卷吸或引射。有射流必有引射,自由射流对周围气体的卷吸能力可用卷吸率表示,其中me-为卷吸量； mx-为x截面处射流的总质量流量； m0-为射流的初始质量流量。,同一射流中，随着与喷口距离x的增加，卷吸率是增大、减小还是保持不变？,2、同向平行流中的射流,定义 单股射流射入与其同向平行流动的主气流中 射流的扩展、轴心速度的衰减和射流核的长度主要与射流流体和环境流体之间的速度梯度有关,射流与外流间的速度梯度越大，混合速度就快；相反，混合减缓，射流张角、速度及浓度沿轴向的变化率随之减小，势核长度越大，当速度梯度为0时，势核贯穿整个流场。,射流
8、特性的影响因素,（1）流速比,当由0或2.13趋向1时，射流核越来越大，轴心速度衰减变慢,当射流的密度小于周围气流的密度时，射流的衰减速度将加快,（2）密度（ 0s ）,3、多股平行射流,定义 由多个平行排列的喷口同向喷出射流而形成的平行射流组,多股平行射流比自由射流的边界层增厚更快 射流之间形成较为强烈的旋涡区，使多股平行射流的湍流脉动比自由射流大，而边界层的增厚主要与横向脉动速度成正比,4、交叉射流,定义 两股射流以某一角度交叉喷出形成的射流,汇合点之前存在回流区，大小与喷口间距和射流交角有关,速度衰减规律,汇合前，射流速度逐渐降低 汇合点附近，由于射流的汇合使得速度有所增大 汇合点之后不
9、远处速度又开始衰减，衰减规律与平面平行自由射流相似,实际中常见的交叉射流形式,为了混合良好，需保持二次风以较高的速度射入燃料气流，否则二次风很快被主气流“同化”，二次风穿透深度不足，导致混合不充分 二次风的温度升高， 穿透深度变小,5、环形射流和同轴射流,流场结构 完全发展区 距离喷口约810倍喷口直径的区域 与圆形自由射流类似 喷口附近 有回流区存在,回流区一般用于改善火焰的稳定性。,6、旋转射流,定义,射流在离开喷嘴前先强迫流体作旋转运动，从喷嘴喷出后边旋转边向前运动，这就是旋转射流，简称旋流。,强旋流中具有很强的回流，可使大量高温烟气回流至火焰根部，保证燃料及时、顺利地着火和稳定燃烧,相
10、关概念,自由旋涡：靠流体内部的位能变化（静压或水位差）而运动，所以叫“位流旋涡”。这种旋涡的回旋运动并非由外加扭矩所引起，若忽略摩擦损耗，则不同半径上流体微团的动量矩应当守恒，故又叫“自由旋涡”,常数,自由漩涡的切向速度wq与半径r成反比,固体旋涡：流体绕中心按固体旋转规律旋转的旋涡，又叫强制旋涡。表达式为：,旋流强度及旋流数,轴向动量Mx及角动量Gq都是旋转射流的动力特性参数，由它们组成的无量纲数s来反映旋转射流的旋转强度，叫做旋流数。S的表达式为,旋流数S，不仅可以用来反映射流的旋转强度，而且，对于几何相似的旋流装置来说，它也是一个非常适用的表示射流动力相似的相似准数,弱旋流：当s0.6时，射流中心的轴向反压梯度逐渐增大，以致克服该区轴向速度，并出现中部回流区。,旋转射流的规模和强度在控制火焰长度、提高燃烧强度及改善火焰稳定性方面起着重要的作用,实际的工程燃烧旋流装置中，通常均采用强旋流,