第七講液體燃燒第一頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日液體燃料燃燒的一般特征液體燃料由于運(yùn)輸，儲存方便，熱值高，易操作控制，污染少，廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸、化工、冶金、動力部門。液體燃料燃燒的著火溫度遠(yuǎn)高于它的沸點(diǎn)溫度（如汽油，干點(diǎn)溫度200oC，著火溫度780K）。燃料的活化能遠(yuǎn)大于氣化熱(如汽油，1281>335kJ/kg)因此，液體燃料總是先蒸發(fā)后著火的，即燃燒總是在氣態(tài)下進(jìn)行的。汽油機(jī)為準(zhǔn)預(yù)混合的燃燒。柴油機(jī)以擴(kuò)散燃燒為主。提高擴(kuò)散速度是提高擴(kuò)散火焰燃燒的關(guān)鍵。工程上采用壓力噴射法。如柴油機(jī)，為200MPa，實(shí)現(xiàn)細(xì)化。第二頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日柴油機(jī)擴(kuò)散燃燒過程的幾個階段滯燃期I：混合、焰前反應(yīng)急燃期II：多點(diǎn)著火燃燒緩燃期III：擴(kuò)散速度控制后燃期IV：殘余混合氣燃燒，對發(fā)動機(jī)性能不利第三頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日第七章液體燃料的燃燒技術(shù)§7-1液體燃料的霧化§7-2霧化燃燒的過程§7-3燃油噴咀§7-4液體燃料燃燒裝置§7-5液體燃料噴咀的設(shè)計計算第四頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日第一節(jié)液體燃料的霧化第五頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日§7-1液體燃料的霧化燃燒方法：液體燃料霧化燃燒經(jīng)歷霧化、蒸發(fā)、混合、著火和燃燒幾個階段。第六頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日霧化目的：增大液滴的比表面積，加快蒸發(fā)速率。燃燒速率取決于蒸發(fā)速率蒸發(fā)表面積減小滴徑霧化本節(jié)主要包括以下內(nèi)容：一、霧化方法二、霧化機(jī)理三、霧化質(zhì)量指標(biāo)§7-1液體燃料的霧化第七頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日一、霧化方法常用的霧化方法有：1、機(jī)械式-壓力式2、氣動式-介質(zhì)式3，其它方法第八頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日1、機(jī)械式霧化利用油壓從噴孔高速噴出，或以旋轉(zhuǎn)方式使油流加強(qiáng)擾動而使油得到霧化。壓力越高，霧化越好，油壓一般為1~5MPa，甚至更高。分直流式、離心式、轉(zhuǎn)杯式三種。利用轉(zhuǎn)杯高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力將油流霧化。轉(zhuǎn)杯速度一般為3000~6000rpm(轉(zhuǎn)/分）第九頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日第十頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日2、氣動式-介質(zhì)式利用空氣或蒸汽作為霧化介質(zhì)，將噴出的油流霧化。分高壓、中壓、低壓三種方式。高壓：霧化介質(zhì)壓力在1105pa以上，一般使用蒸汽壓力要高；中壓：霧化介質(zhì)壓力在1

104~1105pa；低壓：霧化介質(zhì)壓力在3

103~1104pa。第十一頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日3、其它方法對沖式：利用兩股高速液體射流互相沖擊，或一股高速射流與金屬板沖擊進(jìn)行霧化。震動式：利用聲波、超聲波等作用，使液體震動、分裂而霧化。第十二頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日二、霧化過程（機(jī)理）是一物理過程，機(jī)理很復(fù)雜。主要是油滴受外界空氣動力-外力(包括阻力、拉伸力)和液體燃料內(nèi)力(表面張力和粘性力)相互作用的結(jié)果。外力的作用促使油滴扭曲變形，在紊流作用下，凸出部分會脫離油滴主體，分裂成小油滴。外力包括：油壓形成的向前推進(jìn)的力、空氣阻力和油粒的重力。第十三頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日內(nèi)力作用是力圖阻止扭曲變形，使其保持完整性。因此，當(dāng)外力超過內(nèi)力作用時，油滴分裂，一直分裂到各油滴內(nèi)力與外力達(dá)到平衡為止。二、霧化過程（機(jī)理）第十四頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日第十五頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日霧化的過程實(shí)際上就是外力、內(nèi)力逐漸平衡的過程第十六頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日例如離心式機(jī)械噴咀噴出的油膜上存在兩組擾動波。第一組沿射流方向發(fā)展，第二組沿切線方向發(fā)展，它與第一組波相垂直，具有橫向運(yùn)動的特點(diǎn)，這組波力圖把油膜分裂成為由噴咀軸線向外分散的扇形射流，并出現(xiàn)環(huán)圈狀的分裂。這種環(huán)圈是一種不穩(wěn)定的運(yùn)動形式。在外力作用下，分裂成液滴。隨著相對運(yùn)動速度的增大，不穩(wěn)定擾動的波長縮短，環(huán)圈厚度變薄，獲得較細(xì)的油滴。二、霧化過程（機(jī)理）第十七頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日三、霧化質(zhì)量指標(biāo)1、噴霧錐角（霧化角）2、噴霧射程3、燃料的分布特性4、霧化顆粒細(xì)度-平均顆粒5、霧化顆粒的均勻度6、霧化顆粒尺寸分布特性第十八頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日1、噴霧錐角（霧化角）噴霧錐角：噴咀出口到噴霧矩外包絡(luò)線的兩條切線之間的夾角，稱為霧化角。條件霧化錐角：以噴口為中心，L為半徑的圓弧與外包絡(luò)線的交點(diǎn)與噴口中心聯(lián)線的夾角。用ij表示。第十九頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日L=100mm的條件霧化錐角用100表示。噴霧錐角對燃燒的影響：根據(jù)燃燒室大小和混合條件決定。(1)燃料與空氣不易均勻混合時，取大一些這樣便于吸入空氣，改善顆粒細(xì)度。1、噴霧錐角（霧化角）第二十頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日問題：過大，燃料會噴射到燃燒室壁面上，造成積灰和結(jié)焦。(2)對小型燃燒室，霧化角不宜過大(500~800)(3)霧化角不宜過小，當(dāng)過小時，中心易產(chǎn)生缺氧，形成熱分解。1、噴霧錐角（霧化角）第二十一頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日2、噴霧射程噴霧射程：是指水平方向噴射時，噴射液滴喪失動能時所能到達(dá)的平面與噴口之間的距離。(1)霧化角大和霧化很細(xì)的噴霧矩，射程短。(2)密集的噴霧矩，射程長。第二十二頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日3、燃料的分布特性燃料的分布特性是指在射流某截面上燃料流量密度沿徑向的變化規(guī)律。流量密度：單位面積和單位時間內(nèi)噴射的油量，g/cm2s、cm3/cm2s。燃料的分布特性與噴咀結(jié)構(gòu)、噴射參數(shù)有關(guān)。第二十三頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日4、霧化顆粒細(xì)度霧化顆粒細(xì)度表示噴霧液滴粗細(xì)的程度，采用平均滴徑概念。常用的平均粒徑有：

(1)索太爾(Sauter)平均直徑(SMD)(2)質(zhì)量中間直徑(MMD)第二十四頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日(1)索太爾(Sauter)平均直徑(SMD)按平均直徑ds計算的液滴群的總體積與總表面積的比值，恰好和實(shí)際液滴群的總體積與總表面積的比值相等，即：第二十五頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日(1)索太爾(Sauter)平均直徑(SMD)第二十六頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日(2)質(zhì)量中間直徑(MMD)質(zhì)量中間直徑d0：是一假定直徑，即指大于該直徑的所有油粒的總質(zhì)量等于小于該直徑的所有油粒的總質(zhì)量的液滴直徑。最大直徑：是指R=5%所對應(yīng)的液滴的尺寸。試驗(yàn)表明，最大滴徑約為中間直徑的兩倍。霧化液滴的直徑，不宜過粗(燒盡時間長，燃燒速度慢)，也不宜過細(xì)(穿透力小，形成燃料過濃、過稀區(qū)，燃燒不穩(wěn)定)。第二十七頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日(3)影響油粒平均直徑的影響因素包括：噴嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)、油的性質(zhì)參數(shù)和工況參數(shù)P141。油的性質(zhì)參數(shù)：油溫的影響，T提高可以顯著降低油的粘度，表面張力也有所減少，可以改善霧化質(zhì)量；霧化劑壓力和流量的影響：提高霧化劑壓力，霧化劑噴出速度將提高，相對速度對霧化直徑影響很到，相對速度越大，霧化直徑越小。油壓的影響：油壓決定油的流程速度。使用低壓霧化劑時時，油壓不宜太高，否則油流會穿過霧化劑，得不到良好的霧化。高壓霧化劑時，油壓不宜太低，否則會封嘴。對于采用機(jī)械式霧化，油壓越大，霧化后顆粒的平均直徑越小。第二十八頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日(3)影響油粒平均直徑的影響因素包括：噴嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)、油的性質(zhì)參數(shù)和工況參數(shù)P141。噴嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)：燒嘴結(jié)構(gòu)對霧化質(zhì)量影響很大，主要包括：霧化劑和油的出口斷面；霧化劑和油的交角；旋轉(zhuǎn)角度；霧化劑和油相遇位置等。第二十九頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日5、霧化顆粒的均勻度霧化顆粒的均勻度：指霧化后液滴顆粒尺寸的均勻程度。液滴間尺寸差別越小，霧化顆粒均勻度越好。霧化顆粒越均勻越好。第三十頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日6、霧化顆粒尺寸分布特性霧化顆粒尺寸分布特性描述液滴直徑的分布情況。一般是指某一滴徑的液滴數(shù)量或質(zhì)量占總液滴數(shù)量或質(zhì)量的百分比，可用數(shù)學(xué)表達(dá)式來描述。常用的有：

Rosin-Rammler(羅辛-朗姆勒）公式第三十一頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日6、霧化顆粒尺寸分布特性

第三十二頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日6、霧化顆粒尺寸分布特性第三十三頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日6、霧化顆粒尺寸分布特性(4)當(dāng)一定時，h越大，表明噴霧越均勻。(5)實(shí)際的尺寸分布與R-R關(guān)系有一定的差距：按R-R關(guān)系，，但實(shí)際第三十四頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日第二節(jié)霧化燃燒的過程第三十五頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日§7-2霧化燃燒的過程在工程上，液體燃料的燃燒廣泛采用霧化燃燒。本節(jié)主要介紹以下內(nèi)容：一、霧化燃燒過程的組織二、低質(zhì)燃料油(渣油，重油)的燃燒三、乳化燃燒第三十六頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日霧化燃燒經(jīng)過霧化，蒸發(fā)，熱解和裂化、混合，著火和燃燒等幾個階段。一、霧化燃燒過程的組織第三十七頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日一、霧化燃燒過程的組織第三十八頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日穩(wěn)定、高效霧化燃燒的條件(主要是控制霧化和混合過程)：1、保證霧化質(zhì)量良好2、油霧與空氣混合好霧化應(yīng)看作燃燒的先決條件，混合過程也同樣重要。

穩(wěn)定和強(qiáng)化重油燃燒的三個基本途徑：①改善霧化質(zhì)量；②供給適量的空氣，強(qiáng)化空氣與油霧的混合；③保證點(diǎn)化區(qū)域和燃燒室的高溫。一、霧化燃燒過程的組織第三十九頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日1、保證霧化質(zhì)量良好要保證霧化質(zhì)量，必須使霧化顆粒度小，均度好。霧化好蒸發(fā)速率燃燒速率影響霧化質(zhì)量的因素：(1)、噴咀結(jié)構(gòu)(2)、噴油壓降(3)、油的物理性質(zhì)(4)、霧化介質(zhì)的物理性質(zhì)第四十頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日(1)、噴咀結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)參數(shù)、型式及加工質(zhì)量對霧化質(zhì)量影響很大。如對離心式機(jī)械噴咀，油離開噴嘴時切向速度和徑向速度的比值大小對霧化質(zhì)量有決定性的影響。切向速度增大，噴霧錐角增大，射程縮短，卷吸的空氣量大，霧化顆粒細(xì)度較小。第四十一頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日(2)、噴油壓降提高噴嘴前后壓差，可以提高噴油速度，增大噴油量。對離心機(jī)械噴咀，油壓越高，霧化越細(xì)。油壓增加，噴霧錐角增大，但油壓也不能過高，否則噴霧錐角反而略有下降。使用低壓霧化劑時時，油壓不宜太高，否則油流會穿過霧化劑，得不到良好的霧化。高壓霧化劑時，油壓不宜太低，否則會封嘴。第四十二頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日(3)、油的物理性質(zhì)影響霧化質(zhì)量的油的物理性質(zhì)主要是粘度和表面張力。粘度影響最大。提高溫度，可以降低粘度和表面張力（降低不大），使霧化質(zhì)量提高。對離心式機(jī)械噴嘴：霧化初始段黏度影響起決定作用；霧化中期，表面張力起主要作用；霧化后期，黏度和表面張力同時起作用。第四十三頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日(4)、霧化介質(zhì)的物理性質(zhì)對采用霧化介質(zhì)的噴嘴，霧化介質(zhì)的噴出速度、溫度和流量對霧化質(zhì)量有影響。霧化介質(zhì)的流速越高，霧化介質(zhì)和油流的相對速度越大，霧化越細(xì)。增大霧化介質(zhì)流量，霧化質(zhì)量變好。第四十四頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日2、油霧與空氣混合好每千克重油燃燒需要大約10m3以上的空氣，需求量大。霧化后油滴或油霧與空氣的混合對霧化燃燒有非常重要的影響。合理地組織空氣流動，加強(qiáng)油霧與空氣的混合過程是強(qiáng)化霧化燃燒，以及提高燃燒完全度的一個關(guān)鍵。如果混合速度慢，則火焰拉長，且容易形成不完全燃燒產(chǎn)物。第四十五頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日第四十六頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日霧化燃燒時空氣組織的基本原則(1)早期混合要強(qiáng)烈(2)有一個合適的回流區(qū)(3)加強(qiáng)后期混合(4)合理組織空氣(5)燃燒空間有較高的溫度水平第四十七頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日(1)、早期混合要強(qiáng)烈由于油霧在缺氧、高溫情況下，會發(fā)生熱分解，生成難燃的炭黑。因此，在噴嘴出口到著火之前必須有一部分空氣與油霧先混合，而且混合速度要盡可能快。同時要注意空氣流和油霧流的擴(kuò)散角的配合。第四十八頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日(2)、有一個合適的回流區(qū)回流區(qū)的大小和位置對著火燃燒有影響，回流區(qū)過大，易燒壞噴咀，且不利早期混合，使燃燒惡化；回流區(qū)過小，或位置太后，則會推遲著火，火焰拉長，增大不完全燃燒損失。通常用旋轉(zhuǎn)射流或鈍體來穩(wěn)定火焰。第四十九頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日(3)、加強(qiáng)后期混合由于離開噴嘴的油霧分布不均勻，在油滴集中處易缺氧，產(chǎn)生不完全燃燒產(chǎn)物。為了使未完全燃燒產(chǎn)物在爐內(nèi)完全燃燒，需要加強(qiáng)油滴和空氣的混合，因此，應(yīng)很好的組織空氣射流，加強(qiáng)后期混合。一般用提高二次風(fēng)速度可加強(qiáng)后期混合。第五十頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日(4)、合理組織空氣空氣流的組織一般通過調(diào)風(fēng)器來實(shí)現(xiàn)。調(diào)風(fēng)器主要由穩(wěn)焰器和調(diào)風(fēng)器葉片構(gòu)成，穩(wěn)焰器的作用是穩(wěn)定火焰防止火焰吹脫。穩(wěn)焰器有旋流器型和穩(wěn)焰板型兩大類。調(diào)風(fēng)器葉片有固定式和可變式兩種。第五十一頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日(4)、合理組織空氣第五十二頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日(5)、燃燒空間有較高的溫度水平保持燃燒空間有較高的溫度水平，以保證著火穩(wěn)定和燃燒完全第五十三頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日二、低質(zhì)燃料油的燃燒低質(zhì)燃料油燃燒的一些問題解決低質(zhì)燃料油燃燒問題的措施第五十四頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日低質(zhì)燃料油燃燒的一些問題低質(zhì)燃料油(重油、渣油)分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，粘度大，沸點(diǎn)高，揮發(fā)性差，因此，其燃燒存在一些問題：1、生成不完全燃燒產(chǎn)物2、噴咀積炭3、結(jié)垢4、腐蝕第五十五頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日1、生成不完全燃燒產(chǎn)物不完全燃燒產(chǎn)物主要是碳黑，還會產(chǎn)生積灰、結(jié)焦。(1)渣油屬高分子碳?xì)浠衔?，在高溫缺氧條件下，發(fā)生熱解，生成不易燃盡的碳黑，常常冒黑煙。(2)渣油粘度大，霧化質(zhì)量差，油滴大不易燒盡，并積存在壁面上，形成積炭、結(jié)焦。第五十六頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日2、噴咀積炭噴咀出口處積炭，結(jié)焦使燃料和氣流受阻，噴霧質(zhì)量變壞，在氣流沖刷作用下會造成周期性的積炭，脫落及生長。第五十七頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日3、結(jié)垢渣油中含有各種金屬元素，在燃燒過程它們形成金屬氧化物，低熔點(diǎn)的灰分容易粘結(jié)在受熱面上形成結(jié)垢。第五十八頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日4、腐蝕由于渣油中含有較多的S，燃燒時形成SO2引起低溫腐蝕。如果在金屬壁面上產(chǎn)生結(jié)垢，能起到一種電解質(zhì)的作用，造成電化學(xué)腐蝕。這種腐蝕逐漸使金屬表面熔掉，這就是所謂的高溫腐蝕。第五十九頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日解決低質(zhì)燃料油燃燒問題的措施燃燒低質(zhì)油時，在燃燒技術(shù)上可采用下列措施：(1)、預(yù)熱渣油或重油：降低粘度，提高霧化質(zhì)量；(2)、過濾渣油中的機(jī)械雜質(zhì)，防止堵塞噴咀或結(jié)垢；(3)、用軟水清洗燃油或添加腐蝕阻化劑，清除Na、S、V等元素，防止結(jié)構(gòu)和腐蝕；第六十頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日解決低質(zhì)燃料油燃燒問題的措施(4)、選用適宜于低負(fù)荷運(yùn)行的燒咀a.如采用回油式機(jī)械噴咀，空氣出口可調(diào)式低壓噴咀。b.選擇合適的霧化角。c.選用優(yōu)質(zhì)材料制造噴咀。d.選擇合適的配風(fēng)系統(tǒng)，控制回流區(qū)的大小。第六十一頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日三、乳化燃燒乳化燃燒在燃燒機(jī)理上有以下三個特點(diǎn):1、產(chǎn)生二次霧化2、減少碳黑的生成和NOx的排放3、防暴性好第六十二頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日1、產(chǎn)生二次霧化乳化油的霧化液滴大多數(shù)是油包水型。油滴直徑大多是50~150m，其中水珠直徑約2~5m

，所以一個油滴內(nèi)有多個水珠，并均勻分布在油滴內(nèi)。在高溫環(huán)境下油中的水氣化，使油滴膨脹。當(dāng)水蒸氣壓力大于油膜的表面張力時，油膜會爆破。使大油滴變成小油滴。這種現(xiàn)象稱為二次霧化。二次霧化后的油滴更小(<15m)，易于燃盡。第六十三頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日2、減少碳黑的生成和NOx的排放二次霧化使油滴細(xì)化，促進(jìn)了油霧與空氣的混合，強(qiáng)化燃燒，減少碳黑的生成。此外由于水蒸氣含量的增大，有利于碳黑的水煤氣反應(yīng)：第六十四頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日2、減少碳黑的生成和NOx的排放實(shí)驗(yàn)證明，摻水率為8~15%，乳化燃料燃燒可節(jié)約燃油6~%。使用乳化燃料燃燒，可減少烴類、固體碳粒90~95%，煙塵減少72%。由于二次霧化使油與空氣混合均勻，避免局部高溫，NOx排放量可大幅度降低(50~75%)。第六十五頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日3、防暴性好乳化油的火焰上傳播速度有所降低。爆炸界限下限有所提高，因而安全性提高。第六十六頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日第三節(jié)霧化燃燒模型第六十七頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日液霧燃燒是受很多物理及化學(xué)因素影響的復(fù)雜的綜臺現(xiàn)象。但并不等于一些單元過程的簡單相加，因?yàn)檫@些基元過程之間會產(chǎn)生相互作用。在探討兩相燃燒的綜合現(xiàn)象時，必須弄清各基元過程間的相互作用以及在任何種條件下哪個基元過程起主導(dǎo)作用。我們這里只討論簡單幾何條件下兩相流燃燒最基本的規(guī)律。一、基本情況

第六十八頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日一、基本情況

根據(jù)實(shí)驗(yàn)觀察結(jié)果，有關(guān)文獻(xiàn)認(rèn)為液霧燃燒可能存在以下幾種模型：(1)

預(yù)蒸發(fā)型氣體燃燒。例如當(dāng)進(jìn)口空氣溫度較高，噴嘴離穩(wěn)定區(qū)距離較遠(yuǎn)，液霧較細(xì)，就接近于這種婁型的燃燒。（類似于氣體湍流燃燒。蒸發(fā)對火焰長度影響不大

）。第六十九頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日根據(jù)實(shí)驗(yàn)觀察結(jié)果，有關(guān)文獻(xiàn)認(rèn)為液霧燃燒可能存在以下幾種模型：(2)滴群擴(kuò)散燃燒。當(dāng)進(jìn)口空氣溫度較低，液霧不太細(xì)(或揮發(fā)性較差)，到達(dá)燃燒區(qū)前蒸發(fā)量很少，則形成滴群擴(kuò)散燃燒。如沖壓發(fā)動機(jī)和火箭發(fā)動機(jī)燃燒室中就接近滴群擴(kuò)散燃燒。燃燒與蒸發(fā)幾乎同步，燕發(fā)是強(qiáng)化燃燒和控制火焰長度的關(guān)鍵因素，而化學(xué)動力學(xué)因素不起什么作用。

一、基本情況

第七十頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日(3)復(fù)合燃燒。液霧中較細(xì)的滴在燃燒區(qū)前方預(yù)先蒸發(fā)掉，形成一定預(yù)混程度的氣體火焰，而比較粗的滴到達(dá)燃燒區(qū)時尚術(shù)蒸發(fā)完畢，繼續(xù)進(jìn)行滴群擴(kuò)散燃燒。(4)部分預(yù)蒸發(fā)氣體燃燒加上液滴蒸發(fā)。這時一部分小滴已經(jīng)蒸發(fā)完畢，而有一部分液滴進(jìn)入火焰區(qū)時其直徑已過小而著不了火，只能蒸發(fā)，這時沒有滴群擴(kuò)散火焙，只有滴間空間中部分預(yù)混的氣體火焰。在這兩種情況，蒸發(fā)因素、湍流因素、反應(yīng)動力學(xué)因素都將起作用。一、基本情況

第七十一頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日二、單個油滴的蒸發(fā)與燃燒研究單個油滴蒸發(fā)與燃燒的原因：噴霧燃燒涉及到很多油滴同時發(fā)生熱量、質(zhì)量、動量交換以及化學(xué)變化，過程太復(fù)雜，而單個油滴則是其基礎(chǔ)，如果知道單個油滴的噴霧與燃燒，同時知道噴霧中油滴群的尺寸、個數(shù)、速度的時空分布，則噴霧與燃燒過程很容易得到解析解。單個油滴蒸發(fā)與燃燒的理想化：理想的擴(kuò)散燃燒過程，以無限薄的燃燒火焰面為界面，將燃料與氧化劑分開。假設(shè)單個油滴的蒸發(fā)面為壁面，外界熱空氣中沒有燃料，燃料中無空氣：很明顯，燃料的蒸發(fā)與燃料的類別、介質(zhì)溫度與成分、油滴的初試尺寸有關(guān)。第七十二頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日二、單個油滴的蒸發(fā)與燃燒穩(wěn)定蒸發(fā)時，液相內(nèi)溫度與組分分布一定：TR為常數(shù)，液相源區(qū)YFR=1氣相區(qū)無窮遠(yuǎn)處燃料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)YF∞=0為求解蒸發(fā)速度，必須知道液相及氣相的溫度與組分分布。求解原理：組分守恒＋能量守恒第七十三頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日二、單個油滴的蒸發(fā)與燃燒單個油滴的蒸發(fā)過程為Stefen流問題（條件：存在擴(kuò)散過程及物理化學(xué)過程）溫差（T∞

－TW）引起熱傳遞（溫度較低的液體進(jìn)入穩(wěn)定較高的空氣）濃度差（YFR-YF）引起質(zhì)量擴(kuò)散

假設(shè)油滴為對稱的旋轉(zhuǎn)球體，可以得到穩(wěn)定、定物性的能量方程及組分方程第七十四頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日二、單個油滴的蒸發(fā)與燃燒上述兩個方程、三個未知數(shù)，需要補(bǔ)充方程求解。求解思路：首先找出傳質(zhì)速度W//的表達(dá)式。求解傳質(zhì)數(shù)的思路是：液體燃料流出的總熱量與導(dǎo)入表面的熱通量相等。第七十五頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日二、單個油滴的蒸發(fā)與燃燒在壁面處（r=R），蒸發(fā)單位質(zhì)量的燃料蒸氣所需吸入熱量聯(lián)解可得：液滴蒸發(fā)速率w，進(jìn)而可計算油滴壽命等。第七十六頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日(1)一維滴群擴(kuò)散燃燒(Port模型)。Port的一維滴群擴(kuò)散燃燒模型是，認(rèn)為滴群燃燒是以單液滴擴(kuò)散燃燒進(jìn)行的．但考慮滴徑分布的不均勻性，忽略滴與氣體的相對速度變化，并假定w=u=const及忽略液滴的預(yù)熱升溫過程。主要用以計算燃燒完全度(2)一維滴群擴(kuò)散燃燒(Spalding、Priem模型)。Spalding、Priem等研究者提出了類似的模型，主要用來估算液體火箭發(fā)動機(jī)燃燒室中燃燒完全度和燃燒室的長度。這類模型可以同時考慮液滴尺寸分布的不均勻性，液滴的加速及其預(yù)熱升溫。模型基本假定是；(1)燃燒室中或液火焰是等溫的。(2)忽略滴的擴(kuò)散。(3)液滴按直徑分組。(4)液滴溫度是逐步升高的。三、滴群模型

第七十七頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日(3)夜霧兩相燃燒的多維模型。一維模型簡化分析都是以單滴的運(yùn)動(軌道)和蒸發(fā)為基礎(chǔ)進(jìn)行的一維分析，對流場作了簡化，忽略了兩相之向的耦合作用。實(shí)際燃燒室中的液霧燃燒發(fā)生于氣相流動，液相流動及氣相燃料濃度場都不均勻的情況下。因此，近年來發(fā)展了更為完善的液霧燃燒的理論分析方法，采用有關(guān)湍流，蒸發(fā)、滴擴(kuò)散等數(shù)學(xué)模型，然后用數(shù)值法解聯(lián)立偏散分方程組來計算液霧燃燒的各種特性。例如斯泊爾汀，的“無滑移”模型認(rèn)為液滴與氣流無相對運(yùn)動但有擴(kuò)散，把液滴看作連續(xù)介質(zhì)中的一種成分，從而寫出其與氣相組份相類似的液滴滴濃度的守恒方程。三、滴群模型

第七十八頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日第四節(jié)燃油噴咀第七十九頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日§7-4燃油噴咀噴咀俗稱噴霧器或化霧器,其作用為:(1).霧化燃料油；(2).按要求的噴霧錐角和燃料分布特性送入爐內(nèi)。燃油噴咀主要有以下幾類：一、機(jī)械式噴咀二、氣動式噴咀三、旋轉(zhuǎn)式噴咀第八十頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日機(jī)械式噴咀利用液體燃料的壓力達(dá)到霧化的目的，又稱壓力式噴咀。噴油壓力：工業(yè)爐、鍋爐2~3.5MPa；燃?xì)廨啓C(jī)5~8MPa；柴油機(jī)15~30MPa；航空發(fā)動機(jī)高達(dá)100MPa。原理：壓力油經(jīng)分流片以速度wqx切向進(jìn)入旋流片，在旋流室形成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動后，以徑向速度wjx和軸向速度wzx從噴口高速流出。噴出的油在離心力的作用下甩開、霧化。一、機(jī)械式噴咀第八十一頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日一、機(jī)械式噴咀第八十二頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日一、機(jī)械式噴咀第八十三頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日一、機(jī)械式噴咀第八十四頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日一、機(jī)械式噴咀第八十五頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日一、機(jī)械式噴咀第八十六頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日1.噴咀出口的切向速度:一、機(jī)械式噴咀第八十七頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日2.噴咀出口的軸向速度分布:一、機(jī)械式噴咀第八十八頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日3.噴油量的確定:一、機(jī)械式噴咀第八十九頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日經(jīng)整理后的油流量可按下式計算：一、機(jī)械式噴咀第九十頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日一、機(jī)械式噴咀第九十一頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日一、機(jī)械式噴咀第九十二頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日4.噴霧錐角的確定一、機(jī)械式噴咀第九十三頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日5.修正:一、機(jī)械式噴咀第九十四頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日一、機(jī)械式噴咀第九十五頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日調(diào)節(jié)能力有限,適用于負(fù)荷比較穩(wěn)定的場合。為了擴(kuò)大噴咀的調(diào)節(jié)幅度，可以利用機(jī)械式回油噴咀?；赜头绞椒譃閮?nèi)回油和外回油兩種?；赜蛧娋椎慕Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：在旋流室的后面開了一個通道，使油回流。低負(fù)荷時，在壓力和總流量不變情況下，用增加回流量的方法可達(dá)到減少噴油量的目的。因此回油量噴咀調(diào)節(jié)比大。一、機(jī)械式噴咀第九十六頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日缺點(diǎn)：1、噴咀工作特性受回油流道阻力特性變化影響。2、增大油泵能耗。3、用渣油時要預(yù)熱，而回油則送回儲油罐，使儲油罐的溫度升高。因此要防止自燃。4、不宜使用容易形成析碳的熱裂化渣油，一、機(jī)械式噴咀第九十七頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日否則回油通道會被析碳堵塞。5、高負(fù)荷時噴霧錐角減小，易把大量油噴到缺氧區(qū)。一、機(jī)械式噴咀第九十八頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日一、機(jī)械式噴咀其它形式的機(jī)械噴咀：（1）雙油路雙噴咀機(jī)械離心噴咀：通過控制主、副油管的主副噴咀來控制調(diào)節(jié)比，高負(fù)荷時投入主噴咀，低負(fù)荷時投入副噴咀。（2）針形閥離心噴咀：通過移動針形閥，改變噴口有效截面來調(diào)節(jié)負(fù)荷。第九十九頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日機(jī)械式離心噴咀的共同優(yōu)點(diǎn)：1、機(jī)構(gòu)簡單、緊湊。2、操作方便，不需要霧化介質(zhì)。3、空氣預(yù)熱溫度不受限制。4、噪音小。缺點(diǎn)：1、加工精度要求高。2、小容量噴咀易積碳堵塞。一、機(jī)械式噴咀第一百頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日3、霧化細(xì)度受油壓影響。機(jī)械式噴咀廣泛應(yīng)用于柴油機(jī)、燃汽輪機(jī)燃燒室，也適用于鍋爐和回轉(zhuǎn)窯等大型爐子。一、機(jī)械式噴咀第一百零一頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日二、氣動式噴咀這種噴咀利用空氣或蒸汽作為霧化介質(zhì)，將其壓力能轉(zhuǎn)化為高速氣流，使油流噴散成霧化炬。按霧化介質(zhì)的壓力可分為：1、低壓噴咀2、高壓噴咀第一百零二頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日1、低壓噴咀低壓噴咀適用于中、小型工業(yè)窯爐或工業(yè)鍋爐。以空氣作為霧化介質(zhì)，空氣壓力為300~1200mmH2O柱。由于壓力低，霧化介質(zhì)消耗量大，約為理論空氣量的50~100%。優(yōu)點(diǎn)：(1)混合好，燃燒速度快，火焰短；(霧化介質(zhì)流量大)(2)小(一般

=1.10~1.15)，理論燃燒溫度高第一百零三頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日1、低壓噴咀(3)燃燒噪音小，霧化費(fèi)用低。缺點(diǎn)：(1)霧化介質(zhì)壓力低，單噴咀容量小(150~300Kg/h)。否則，不易保證霧化質(zhì)量；(2)空氣預(yù)熱溫度不宜太高，否則易產(chǎn)生熱裂反應(yīng)，形成碳黑堵塞油管；tk<300℃(3)調(diào)節(jié)比小。第一百零四頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日1、低壓噴咀低壓噴咀的油壓一般為0.02~0.15MPa，若油壓太高，則:(1)油流速度太快,穿透霧化介質(zhì)，霧化不好。(2)在噴油量不便的情況下，油噴口截面小,易堵塞。為了在低負(fù)荷時保證霧化質(zhì)量,空氣噴口截面做成可調(diào)的。第一百零五頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日1、低壓噴咀按結(jié)構(gòu)低壓噴咀分為直流式、旋轉(zhuǎn)式；單級、多級噴咀。為了提高霧化和混合質(zhì)量，可以采用多級噴咀，即把空氣分為多股，與油流混合。低壓噴咀霧化介質(zhì)消耗量的計算：第一百零六頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日1、低壓噴咀第一百零七頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日2、高壓噴咀高壓噴咀用于大型爐子。霧化介質(zhì)：壓縮空氣（0.3~0.7MPa)或蒸汽(0.3~1.0MPa)、氧氣或高壓煤氣。高壓噴咀的優(yōu)點(diǎn)高壓噴咀的缺點(diǎn)高壓噴咀的分類第一百零八頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日高壓噴咀的優(yōu)點(diǎn)與低壓噴咀相比，其優(yōu)點(diǎn)為:(1)采用較高的蒸汽過熱度及空氣預(yù)熱溫度:用量小。對油管加熱影響不大，不發(fā)生熱裂反應(yīng)。(2)單個高壓噴咀容量大，可達(dá)幾千公斤/小時；(3)調(diào)節(jié)比大，達(dá)4~5，甚至10。第一百零九頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日高壓噴咀的缺點(diǎn)(1)噪音大：霧化介質(zhì)噴出速度接近音速。(2)霧化條件、混合條件差，火焰長，霧化介質(zhì)用量少(2~10%)(3)用蒸汽作為空氣介質(zhì)時，會將降低理論燃燒溫度。第一百一十頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日高壓噴咀的分類按高壓噴咀結(jié)構(gòu)可分為：第一百一十一頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日外混式噴咀外混式噴咀的油噴口與霧化介質(zhì)噴口基本上在同一橫截面上。油流和霧化介質(zhì)在噴口外相遇霧化。其特點(diǎn)是邊霧化、邊混合，邊燃燒，火焰較長。由于噴咀暴露在高溫燃燒室，因此易積碳堵塞。第一百一十二頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日內(nèi)混式噴咀內(nèi)混式噴咀將霧化介質(zhì)和油流在混合室內(nèi)混合成油氣乳狀液。然后噴出，進(jìn)一步霧化成油滴。為了改善霧化質(zhì)量，可采用多噴口的噴咀(如Y形噴咀)。其特點(diǎn)是混合好，霧化好，油滴平均直徑為50m。調(diào)節(jié)比大，可達(dá)6~10。霧化蒸汽量少，僅為普通蒸汽噴咀的四分之一。缺點(diǎn)是易堵塞、有噪音。第一百一十三頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日內(nèi)混式噴咀圖第一百一十四頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日多級噴咀為了提高霧化質(zhì)量和混合質(zhì)量，還可采用多級噴咀。如高壓拉伐爾式雙級噴咀。其一級霧化采用拉伐爾管，可以利用高壓氣體的能量。拉伐爾管后的擴(kuò)張收縮管可使油滴分布速度均勻。第一百一十五頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日三、旋轉(zhuǎn)式噴咀旋轉(zhuǎn)式噴咀把油供給旋轉(zhuǎn)體，借助于離心力以及周圍的空氣動力使油霧化。旋轉(zhuǎn)體型噴咀使油在旋轉(zhuǎn)體表面形成油膜，進(jìn)而霧化成液滴。第一百一十六頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日三、旋轉(zhuǎn)式噴咀旋轉(zhuǎn)式噴咀的特點(diǎn)是：(1)結(jié)構(gòu)簡單：如小于250kg/h的噴咀不要風(fēng)機(jī)和風(fēng)管系統(tǒng)，不要高壓油源。(2)霧化特性良好，平均粒度45~50m，均勻度好。(3)流量密度均勻，噴霧錐角大(60~800)。(4)火焰短而粗，火焰是旋轉(zhuǎn)的，有利于爐內(nèi)傳熱。第一百一十七頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日三、旋轉(zhuǎn)式噴咀(5)燃料適應(yīng)性好，對不同爐子適應(yīng)性也好。(6)出油孔較大，不易堵塞。(7)調(diào)節(jié)比大，一般4~5。(8)缺點(diǎn)是噪音大、振動大。第一百一十八頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日三、旋轉(zhuǎn)式噴咀下面介紹兩種旋轉(zhuǎn)式噴咀：1、轉(zhuǎn)杯式噴咀2、轉(zhuǎn)板式噴咀第一百一十九頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日1、轉(zhuǎn)杯式噴咀如圖，轉(zhuǎn)杯高速旋轉(zhuǎn)，油從空軸流入轉(zhuǎn)杯內(nèi)壁，在離心力作用下，轉(zhuǎn)杯內(nèi)形成油膜。由于油流運(yùn)動路程長，油膜逐漸減薄，直至霧化形成細(xì)粒脫離杯口。這是第一次霧化。細(xì)油粒脫離杯口后，與油流旋轉(zhuǎn)方向相反的一次風(fēng)相遇，在一次風(fēng)的沖擊下，細(xì)小的油粒再次霧化。通常要求一次風(fēng)速大于油粒的旋轉(zhuǎn)速度，一般取50~100m/s。第一百二十頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日第一百二十一頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日1、轉(zhuǎn)杯式噴咀采用轉(zhuǎn)杯式噴咀燃燒重油時，轉(zhuǎn)杯內(nèi)表面易積碳。這是因?yàn)槿紵Ｖ购?，殘留在空軸內(nèi)的油落入杯內(nèi)，在爐內(nèi)輻射烘烤下所形成的。第一百二十二頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日2、轉(zhuǎn)板式噴咀向轉(zhuǎn)板中心噴出的油，借助油和轉(zhuǎn)板之間的摩擦以及離心力作用，展延成薄的油膜，在轉(zhuǎn)板上鋪展開來。在轉(zhuǎn)板周圍開有齒形缺口，空氣從轉(zhuǎn)板四周的齒形缺口和轉(zhuǎn)板邊緣的環(huán)狀縫隙以高速噴出，與具有離心力的油膜相碰撞，油膜破裂、霧化，并與空氣均勻混合。第一百二十三頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日第五節(jié)液體燃料燃燒裝置第一百二十四頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日§7-4液體燃料燃燒裝置液體燃料燃燒裝置主要由噴咀(噴射器、油槍)和調(diào)風(fēng)器組成。此外，有點(diǎn)火及調(diào)節(jié)裝置等輔助部件。如圖為燃燒重油的燃燒裝置。利用簡單的離心式噴咀。噴頭處裝有穩(wěn)焰板。調(diào)風(fēng)器為徑向可調(diào)葉片旋流器。通過改變?nèi)~片角度可以調(diào)節(jié)空氣量及其旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度，空氣由供風(fēng)箱供給。在主噴咀旁裝有點(diǎn)火噴咀。第一百二十五頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日§7-4液體燃料燃燒裝置在燃燒重油的大型鍋爐上常使用回油式機(jī)械噴咀，在噴咀旁設(shè)有點(diǎn)火設(shè)備，噴咀外有冷卻套管。調(diào)風(fēng)器為軸向葉片式旋流器。穩(wěn)焰器為軸向葉片式旋流器。改變穩(wěn)焰器葉片軸向位置可以調(diào)節(jié)一次風(fēng)旋流度。一次風(fēng)量由風(fēng)門來控制。二次風(fēng)經(jīng)軸向旋流器8后旋轉(zhuǎn)進(jìn)入爐內(nèi)，二次風(fēng)旋轉(zhuǎn)方向與一次風(fēng)的相同。二次風(fēng)軸向旋流器套在一次風(fēng)管外面，有操縱機(jī)構(gòu)帶動，沿軸向作前后運(yùn)動，以改變二次風(fēng)的旋流度。第一百二十六頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日第五節(jié)液體燃料噴咀的設(shè)計計算第一百二十七頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日§7-5液體燃料噴咀的設(shè)計計算噴咀的計算分設(shè)計計算和校核計算，主要的目的是確定噴咀的主要尺寸。下面介紹單級離心式機(jī)械噴咀和氣動式噴咀的設(shè)計計算方法。一、機(jī)械式噴咀設(shè)計計算二、氣動式噴咀設(shè)計計算第一百二十八頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日一、機(jī)械式噴咀設(shè)計計算根據(jù)噴咀最大噴油量B，最大噴油壓降⊿p及噴霧錐角來確定霧化片及旋流片的主要尺寸。1、霧化片計算2、旋流片計算第一百二十九頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日1、霧化片計算(1)噴咀幾何特性系數(shù)A。根據(jù)試驗(yàn)，合理選擇噴霧錐角。根據(jù)公式()和()計算充滿度系數(shù)和幾何特性系數(shù)A，或根據(jù)通過查圖得到和A。(2)噴口直徑dp。由式()可求得噴口截面積，從而求得噴口直徑。即第一百三十頁，共一百四十五頁，2022年，8月28日1、霧化片計算式中，為流量系數(shù)，由式()計算或查圖；y為t℃時的油密度。(3)噴口長度l。l太長，霧化角變小，霧化質(zhì)量降低；l太短，噴咀易磨損，降低噴咀壽命。一般l取(0.5~2.0)rp。(4)旋流室到噴孔的過渡錐角’