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液体燃料的油雾燃烧过程

添加时间:2017/6/1 15:16:50 浏览次数:416

      油雾就是由许多粒度不等的油滴组成的油滴群,其产生的焦粒的直径也是不均匀的。重油油雾在燃烧室中的燃烧完全程度,不仅取决于油滴平均直径,还取决于油滴的最大直径和大颗粒油滴的含量。为了使燃烧完全,必须限制油滴平均直径和最大直径。

液体燃料的油雾燃烧(包括其蒸发)是一个复杂的过程,它不同于单个油滴在无限空间中的蒸发和燃烧,因为此时油雾中各个油滴相互间要发生干扰,特别是当油滴靠得十分近时,尤甚。这种相互影响主要表现在下列二个方面。

(1)相邻油滴间的同时燃烧使它们之间有着热量的交换,以致减少了每个烧着油滴的热量散失。

(2)相邻油滴间的同时燃烧起到了竞相争夺氧气的作用,妨碍了氧气扩散到它们的火焰焰锋面上。

        前一影响的存在可以促进油滴的燃烧,使燃烧所需时间比单滴燃烧为少,但后一影响的存在却妨碍了油滴的燃烧,使燃烧时间延长,甚至可能引起熄火。

此外,如果油滴之间的统计平均距离很短(即相互靠的很近)。而油滴火焰焰锋面的半径较之油滴本省半径又很大,这样在燃烧时每个油滴之间可燃混合气体中进行滴间的气相燃烧(所谓滴间燃烧)。相反,如果滴间平均距离很大,则着火后各油滴均可保持自己单独的球状火焰面,如同单滴燃烧一样,故称为滴状燃烧。一般雾化燃烧的燃烧多数属于这种情况。

        实验研究表明,在油雾燃烧时,油滴燃烧时间仍遵循着前述的直径平方一直线规律。不过此时燃烧速度数值k与孤立单滴燃烧油燃烧时有所不同。某些研究表明,此时燃烧速度常数值k稍有增大。

        在油滴群燃烧中,经过t时间燃烧后,剩余下未完全烧掉的各不同粒径油滴的容积百分数,仿照油雾蒸发计算可得出在形式上完全类同于式(8-25)的表达式,但其中蒸发常数k1需换为燃烧度常数k。由式(8-25)所得出的结论同样可适用于油雾燃烧过程,即雾化均匀度差的油雾,其最初燃烧速度虽高,单燃尽时间却长;而雾化均匀度好的油雾,虽初始燃烧速度较低,但燃烧过程却结束的早。所以,不论从缩短蒸发时间或燃烧时间来说,都应要求油雾具有较好的均匀度。

        需要指出的是,在上述油雾的蒸发或燃烧计算中,在所考虑的时间范围内认为每个油滴都具有相同的常数k值,但实际上却不是这样简单,例如在燃烧室的不同空间范围内,有些油滴尚处于着火前的蒸发状态,有些处于燃烧状态,而有些处于灭火后的高温蒸发状态。因此就应分别对不同空间进行计算。即使在同一空间里、在所考虑的时间范围内,不同粒径的油滴所处的状态亦不一致,故也不能简单地同一个k值来计算。

        另外,在上述计算中也没有考虑油雾气流的射流特性。液体燃料的油雾燃烧由于其中存在着油滴燃烧的特殊性,因此它的燃烧过程具有如下的一些特点:(1)在油雾燃烧中,燃烧过程的扩展(即所谓火焰传播)主要是借助于油滴的不断着火,燃烧。油滴的着火,如前所述,是由于周围高温介质(例如邻近已燃油滴产生的高温火焰)所传递的热量,靠油滴本身的蒸发和油气的扩散来实现,而这些过程(传热、蒸发和扩散等)几乎不受燃烧室中总过量空气系数变动的影响,因而,在油雾燃烧过程中,其火焰传播速度(实际上燃烧速度)就不像在均匀可燃混合气中燃烧时那样强烈地受到过量空气系数的影响。这是油雾燃烧过程所具有的一个特点。

        油雾燃烧的燃烧速度一般总比均匀混合气燃烧时为小,这是因为油雾中油滴的燃烧需禁果传热、蒸发、扩散和混合等过程,以致所需时间相对较长。

油雾燃烧还有一个显著的特点,或者说突出的优点,就是具有比较均匀可燃混合气燃烧更为宽广的着火界限和稳定的工作范围,这对燃烧室的工作性能来说具有很实际的意义。它可以在变化较大的工作范围内进行稳定的燃烧。油雾燃烧所具有较宽广的着火界限(亦即火焰传播范围)与稳定工作范围,是因为油滴燃烧过程的扩展主要取决于油滴周围的油/气比,(即总的空气系数)虽已超过均匀可燃混合气可以燃烧的界限,但在局部地区仍会有适合油滴燃烧的油/气比,它可保证燃烧所需空气的及时供应和相邻间油滴的相互传热,以促进燃烧,这样就显然扩大了油雾燃烧的稳定工作范围。所以在一些燃烧设备上,如在航空喷气发动机的燃烧室中常有意识地采用油雾燃烧以扩大其工作范围。