氣體燃料燃燒PPT課件

1、第二節(jié) 射流流動 射流分類根據(jù)射流噴嘴：平面射流與圓形射流根據(jù)射流結構：直流射流與旋轉(zhuǎn)射流平行射流與相交射流環(huán)形射流與同軸射流根據(jù)射流環(huán)境：自由射流與受限射流根據(jù)射流流動：層流射流與湍流射流第1頁/共48頁第二節(jié) 射流流動一、圓形湍流自由射流第2頁/共48頁第二節(jié) 射流流動一、圓形湍流自由射流過渡段初始段自模段OCO為射流核心，核心區(qū)內(nèi)速度、濃度等與出口處相同，長度約45d0 x/d0810，射流的無因次參數(shù)分布與x/d0無關。初始段與自模段之間，可忽略。第3頁/共48頁第二節(jié) 射流流動一、圓形湍流自由射流自模段的特性：第4頁/共48頁第二節(jié) 射流流動一、圓形湍流自由射流自模段的特性：)/()

2、/(2/1brfuurrfuumm或同樣，當噴射流體與周圍介質(zhì)性質(zhì)不同或溫度不同時，自模段的溫度場和濃度場也具有相似性，即： )/(1brfCCCCm)/(2brfTTTTm第5頁/共48頁第二節(jié) 射流流動一、圓形湍流自由射流自模段的特性：實際上，b與x成正比： )/(xrfuum)/(1xrfCCCCm)/(2xrfTTTTm第6頁/共48頁第二節(jié) 射流流動二、射流的吸卷及吸卷量的計算射流向前運動時，由于橫向的速度脈動及粘性，與周圍介質(zhì)產(chǎn)生動量交換，帶動周圍介質(zhì)運動，使射流的質(zhì)量沿流向逐漸增加，這種現(xiàn)象稱為射流的。 任意截面及出口截面上射流的質(zhì)量流量為： 02)(rdrrumx002004u

3、dm00200042)(udrdrrummmxe第7頁/共48頁第二節(jié) 射流流動三、其它形式的射流矩形射流2b0矩形射流的擴張角較小，參數(shù)沿軸向的變化較慢；矩形射流的吸卷量小于圓形射流的吸卷量。第8頁/共48頁第二節(jié) 射流流動三、其它形式的射流平行射流射流與外流間的速度梯度減小，混合減緩，射流張角、速度及濃度沿軸向的變化率隨之減小。第9頁/共48頁第二節(jié) 射流流動三、其它形式的射流 環(huán)狀射流第10頁/共48頁第二節(jié) 射流流動三、其它形式的射流同軸射流第11頁/共48頁第二節(jié) 射流流動三、其它形式的射流交叉射流第12頁/共48頁第二節(jié) 射流流動三、其它形式的射流旋轉(zhuǎn)射流第13頁/共48頁第二節(jié)

4、射流流動三、其它形式的射流旋轉(zhuǎn)射流旋流數(shù)RGGSx.2200constrdrprdruuGRRx.2)(0constrdruwrGRS0.6為強旋流S0.6為弱旋流第14頁/共48頁第二節(jié) 射流流動三、其它形式的射流旋轉(zhuǎn)射流 第15頁/共48頁第二節(jié) 射流流動三、其它形式的射流受限射流 esmm essmmm , 00sm第16頁/共48頁第三節(jié) 擴散火焰結構一、擴散火焰結構層流擴散火焰質(zhì)量擴散以分子擴散的方式實現(xiàn)擴散火焰湍流擴散火焰質(zhì)量擴散以氣團擴散的方式實現(xiàn)第17頁/共48頁第三節(jié) 擴散火焰結構一、擴散火焰結構層流擴散火焰火焰面必定在燃料與空氣按照化學恰當比混合的位置上：焰面外側(cè)：空氣燃燒

5、產(chǎn)物焰面內(nèi)側(cè)：燃料燃燒產(chǎn)物焰面：燃料與空氣的理論濃度為零第18頁/共48頁第三節(jié) 擴散火焰結構一、擴散火焰結構湍流擴散火焰第19頁/共48頁第三節(jié) 擴散火焰結構二、擴散火焰高度湍流擴散火焰29. 0270. 000daxCCm001VCCCmm1100VCCm29. 0)1 (70. 0200Vadxh（湍流自由射流）確定擴散火焰高度即尋找火焰鋒面與軸心線相交的位置。湍流擴散火焰高度與管徑成正比，與初始速度無關第20頁/共48頁第三節(jié) 擴散火焰結構二、擴散火焰高度層流擴散火焰020048YvduHll通過動量方程及能量方程求近似解：當管徑小于10mm，近似公式：IaHl1熱負荷修正系數(shù)第21頁

6、/共48頁第三節(jié) 擴散火焰結構三、擴散火焰的特點擴散火焰不產(chǎn)生回火，但溫度低擴散燃燒容易產(chǎn)生碳氫化合物的熱分解人工煤氣擴散火焰人工煤氣預混火焰第22頁/共48頁第四節(jié) 預混火焰結構 預混火焰一次空氣二次空氣一次空氣不足時，出現(xiàn)內(nèi)外兩個火焰錐面；002qAaHin00043dqAaaHout內(nèi)、外錐的高度：第23頁/共48頁第四節(jié) 預混火焰結構 預混火焰的特點放熱強度大，火焰溫度高燃燒室長度短可實現(xiàn)無焰燃燒容易回火火道燃燒室（無焰燃燒）第24頁/共48頁第四節(jié) 預混火焰結構 預混火焰防止回火的措施 使預混氣體在燃燒室入口處的速度分布均勻。為此可將噴頭制成收斂形，且表面光滑。 燃燒含有雜物的氣體燃

7、料時，應設有清除污垢的裝置，避免破壞局部流場。 用水冷卻燃燒器頭部，以便減小該處的火焰?zhèn)鞑ニ俣?設計時應根據(jù)最小熱負荷狀態(tài)來確定噴射速度和孔道直徑。第25頁/共48頁第五節(jié) 引射式大氣燃燒器 引射式大氣燃燒器結構1、調(diào)風板2、一次空氣口3、引射器喉部4、噴嘴5、火孔燃燒器由兩大部分組成：引射器和頭部。工作時具有一定壓力的氣體燃料以一定的速度從噴嘴噴出，進入收縮型吸氣管，并借助燃料射流的吸卷作用帶入一次空氣。燃料與空氣在引射器內(nèi)混合，把動能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ埽缓髲念^部的火孔流出，并從周圍大氣中獲取二次空氣，完成整個燃燒過程。大氣燃燒器的一次空氣系數(shù)通常為0.450.75。 第26頁/共48頁第五節(jié)

8、引射式大氣燃燒器 引射器工作原理第27頁/共48頁第五節(jié) 引射式大氣燃燒器 引射器工作原理克服流動阻力克服熱阻獲得所要求的流出速度h4的大小決定了混合氣體從頭部火孔的噴射速度，是引射式大氣燃燒器的重要設計參數(shù)。 h4消耗于三個方面：第28頁/共48頁第五節(jié) 引射式大氣燃燒器 引射器工作原理20121pmixpup22)1 (ppp流動阻力 火孔阻力系數(shù)混氣密度火孔出口氣流速度火孔流量系數(shù)第29頁/共48頁第五節(jié) 引射式大氣燃燒器 引射器工作原理熱阻21273273022mixputp溫升2273273023mixputp流出動能第30頁/共48頁第五節(jié) 引射式大氣燃燒器 引射器工作原理1273

9、27321tKp201421pmixuKh3214ppph燃燒器頭部的能量損失系數(shù)民用燃燒器K1=2.72.9第31頁/共48頁第五節(jié) 引射式大氣燃燒器 引射器組成與結構參數(shù)燃料噴嘴、吸氣收縮管、混合管和擴壓管。 引射器一般由四部分組成:流量系數(shù)=0.70.78噴孔直徑:12.5mm長徑比=12錐角=90 120)/(21smpuf)/(004. 0360024322hmpdpdVfjfjf第32頁/共48頁第五節(jié) 引射式大氣燃燒器 引射器組成與結構參數(shù)圓錐形進口面積與出口面積之比一般為46 一次空氣的進風面積一般為燃燒器火孔總面積的1.252.25倍，吸入風速不超過1.5m/s 第33頁/共

10、48頁第五節(jié) 引射式大氣燃燒器 引射器組成與結構參數(shù)使燃料與空氣進行充分的混合，并使混合氣體在其出口處達到速度、溫度和濃度的均勻分布。通常采用圓柱形混合管，根據(jù)經(jīng)驗，其長度為。 tmixdl) 31 (將混合氣體的動能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?，以便獲得流過火孔所需的壓力頭。經(jīng)驗表明，最有利的擴張角為68，出口面積與進口面積之比為23。 第34頁/共48頁第五節(jié) 引射式大氣燃燒器 引射器組成與結構參數(shù)第35頁/共48頁第五節(jié) 引射式大氣燃燒器 引射式大氣燃燒器的特點及應用范圍引射式大氣燃燒器有下列特點：和擴散式燃燒器相比，引射式大氣燃燒器的火焰溫度比較高，火焰短，火力強，燃燒比較安全，煙氣中含量較少；但結構

11、復雜，燃燒穩(wěn)定性較差。與鼓風式燃燒器相比，引射式大氣燃燒器不必鼓風，投資少，不耗電；但熱負荷不宜太大，否則結構相當笨重。和火道式無焰燃燒器相比，引射式大氣燃燒器熱負荷調(diào)節(jié)范圍寬廣，可燃燒低壓煤氣；但熱強度較低。一次空氣余氣系數(shù)基本上不隨煤氣壓力而變化。因此，這類燃燒器具有可貴的自動調(diào)節(jié)性能。第36頁/共48頁第五節(jié) 引射式大氣燃燒器 引射式大氣燃燒器的特點及應用范圍引射式大氣燃燒器應用范圍： 1火孔；2二次空氣；3穩(wěn)焰孔；4引射器；5火道；6小孔火道式 穩(wěn)焰孔式第37頁/共48頁第五節(jié) 引射式大氣燃燒器 引射式大氣燃燒器的設計計算根據(jù)氣體燃料的噴射壓力：2104 Pa 高（中）壓引射器2104

12、 Pa 低壓引射器(計算時可不考慮壓縮性）根據(jù)吸氣管內(nèi)的壓力： P0常壓吸氣引射器（第二類引射器）P0 負壓吸氣引射器（第一類引射器）第38頁/共48頁第五節(jié) 引射式大氣燃燒器 引射式大氣燃燒器的設計計算2224)1)(1 (2AMDMKAHh2212nnKdmix)1)(1 (MDMKAoptoptAHh2max4第39頁/共48頁第五節(jié) 引射式大氣燃燒器 引射式大氣燃燒器的設計計算2112)1)(1 (AKKAMDMpoptjoptoptAAAMDMKNAAxKKA, 11, 111, 1)1)(1 (/11111xNxNxN無實數(shù)解NNx211燃燒器面積比最佳燃燒器達不到所需引射能力有多余的燃氣壓力第40頁/共48頁第六節(jié) 鼓風式燃燒器一、套管式燃燒器1.熱負荷小2.燃燒緩慢、火焰長3.結構簡單4.不回火5.流阻?。ㄈ剂吓c空氣的供給壓力低）第41頁/共48頁第六節(jié) 鼓風式燃燒器二、低壓渦流式燒嘴1.熱負荷大，放熱集中2.燃燒迅速、火焰短3.有回火的可能第42頁/共48頁第六節(jié) 鼓風式燃燒器三、天然氣導流葉片式旋流燃燒器1.空氣供給能力大2.流阻大第43頁/共48頁第七節(jié) 燃燒器的適應性熱負荷：fydwVQQ fjfHdV242煤氣的華白數(shù)（熱負荷指數(shù)）：fydwQW燃燒器的適應性指燃燒器對煤氣性質(zhì)變化的適應能力。如果燃燒器在煤氣性質(zhì)變化范圍較大的情況下維持正常工作，則其適