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烧嘴 新澳门棋牌下载厂家详解:气体燃料的燃烧过程与设备

添加时间:2018/9/3 17:46:35 浏览次数:433

      各种燃烧问题都是以预先均匀混合好的可燃混合气作为研究对象的,整个燃烧过程的进展主要取决于可燃混合气氧化的化学动力过程。但这种均匀可燃混合气的燃料在烧嘴中只是燃料燃烧的一种方式,在实际的工业炉窑燃烧室中以及其他工程燃绕设备中燃料的燃格还有另一种方式,例如燃料和氧化剂分别供入燃烧室,然后边混合边燃烧。这时燃烧过程的进展就不只决定于燃料氧化的化学动力过程,还决定于燃烧与氧化剂(一般是空气)混合的扩散过程。

      根据烧嘴燃烧过程进展条件的不同,燃烧过程一般可分为化学动力燃烧和扩散燃烧两类。

      如果过程的进展主要是由燃料的氧化化学动力过程来决定,即当燃料与空气的混合速率大于燃烧速率,如前述的均匀可燃混合气的燃烧,则这种燃烧过程称为化学动力燃烧。

      如果过程的进展主要是由燃料与空气的扩散混合过程来决定,即化学反应速率大于混合速率,则此种燃烧过程称为扩散燃烧。

扩散燃烧是人类最早使用火的一种燃烧方式。 直到今天,扩散火焰仍是最常见的种火焰。 野营中使用的篝火、火把、家庭中使用的蜡烛和煤油灯等的火焰、煤炉中的燃烧以及各种发动机和工业窑炉中的液滴燃烧等都属于扩散火焰。

      扩散燃烧可以是单相的,也可以是多相的。石油和煤在空气中的燃烧属于多相扩散燃烧,而气体燃料的射流燃烧属于单相扩散燃烧。

      在燃烧领域内,虽然气体燃料的扩散燃烧较之预混气体的燃烧有着更广泛的实际应用,但却很少受到注意与研究,其原因在于它不像预混气体火焰那样有着如火焰传播速率等易于测定的基本特性参数,因而对它的研究仅限于测定与计算扩散火焰的外形和长度。

       从烧嘴喷出的燃料流和空气流都是一股射流。 由于新澳门棋牌下载-新澳门棋牌手机版下载生产的(天然气)烧嘴结构的差异,射流的形式有多种多样,如单孔自由射流、环状射流、同轴射流、交叉射流以及旋转射流等。射流的流动及其与周围介质的动量、质量和能最交换对燃烧过程的发展起重大作用,研究其规律对燃烧器的设计有指导意义。

一、扩散燃烧火焰的类型

      气体扩散燃烧是气体燃料与空气分开并同时送人燃烧室中进行的燃烧。

      在扩散燃烧中,燃烧所需的氧气是依靠空气扩散获得,因而扩散火焰显然产生在燃料与氧化剂的交界而上。燃料与氧化剂分别从火焰两侧扩散到交界面,而燃烧所产生的燃烧产物则向火焰两侧扩散开。所以,对扩散火焰来说,就不存在什么火焰的传播。

按照燃料与空气分别供入的方式,扩散火焰可以有:

(1)自由射流扩散火焰,产生于气体燃料从喷燃器向大空间的静止空气中喷

  出后形成的燃料射流的界面上,如图7-1(a)所示。

(2)同轴流扩散火焰,产生于气体燃料从喷管以与空气气流同一轴线喷出的燃料射流的界面上,如图7-1(b)所示。

同轴流扩散火焰,如同自由扩散火焰一样,也是一种射流火焰。所不同的是在同轴流扩散火焰中,燃料射流是喷向有限空间的燃烧室,因此它将受到燃烧室容器壁的影响。

所以这种射流火焰也称为受限射流扩散火焰。

(3) 逆向喷流扩散火焰,产生于与空气气流逆向喷出的燃料射流界面上,如图7-1(c)所示。

      此外,在液体燃料燃烧中,在油滴周围所产生的火焰实际上也是一种气态扩散火焰。它是由油滴表面蒸发所产生的燃油蒸气与周围空气相互扩散混合而在两者交界面上所产生的一种扩散火焰。射流扩散火焰根据射流流动的状况还可分为层流射流扩散火焰和湍流射流扩散火焰。显然,湍流射流的扩散混合要较层流为好,因此湍流射流火焰的长度就要比层流的短得多。此外,射流火焰还可根据喷燃器孔径的形状分为平面射流火焰(或二维的)与圆形射流火焰(或轴对称的),前者是通过无限长的狹缝流出,后者则是通过圆孔流出。

       因为扩散火焰不会发生回火现象,稳定性较好,在燃烧前又无需把燃料与氧化剂进行预先混合,比较方便,所以在工业上广泛被应用。此外,在工业燃烧游备中为了获得高的空间加热速率,一般都采用湍流射流扩散火焰。


二、扩散燃烧与动力燃烧


      一般来说,燃料燃烧所需的全部时间是由两部分组成,即气体燃料与空气混合所需时间(Tmix)以及燃料氧化的化学反应时间(Tche)。如果不考虑这两种过程的重叠,则整个燃烧过程时间就应是上述时间之和,即
   T=Tmix +Tche

     如果混合扩散时间和氧化反应的时间相比非常小而可忽略的话,即Tmix《7che,则整个燃烧时间就可近似地等于氧化反应所需时间T≈Tche


    就是说,燃烧过程是在化学反应动力区域内进行的。均匀可燃混合气体的燃烧就属此例。在此时燃烧过程的进展(或然烧速率)将强烈地受到化学动力学因素的控制,如可燃混合气的性质、温度、燃烧空间的压力和反应物质浓度等变化都将强烈地影响燃烧速率的大小,而如气流速率、气流流过的物体形状和尺寸等流体动力学的扩散方面因索却与燃烧速率无关。这种燃烧过程就是化学动力燃烧(或动力燃烧)。
反之,如果燃烧过程的物理阶段时间(混合时间)较之化学反应阶段所需的时间大得多,即Tmix≥Tche, 则T≈Tmix
      因此可以说燃烧是在扩散区域内进行的。这种燃烧过程谓之扩散燃烧。在此时,整个过程的进展就与化学动力因索关系不大(不考虑有关物理常数对温度的影响,因这种影响一般是不大的); 相反,流体动力学的些因素在此刻就起主要作用,如在燃料与氧化剂分别输人的燃烧中,当燃烧区内温度高到足以使燃烧瞬间完成,这时的燃烧时间就完全决定于它们的混合时间。
但在实际上,有些燃烧过程却处于上述两种极端情况之间,就是说,此时燃烧所需混合时间与氧化的化学动力时间差不多相等,即Tmix≈Tche。这种情况是最复杂的,因为它同时要取决于化学动力因素与流体动力因素。

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