液體燃料燃燒

液體燃料燃燒第1頁，共75頁，2023年，2月20日，星期六第一節(jié)液體燃料燃燒過程液體燃料燃燒系統(tǒng)1、供油系統(tǒng)2、供氣系統(tǒng)3、燃燒系統(tǒng)第2頁，共75頁，2023年，2月20日，星期六第一節(jié)液體燃料燃燒過程液體燃料燃燒特點1、擴散燃燒2、非均相燃燒液體燃料燃燒過程1、霧化2、蒸發(fā)3、摻混4、燃燒第3頁，共75頁，2023年，2月20日，星期六第二節(jié)燃油霧化過程燃油霧化現(xiàn)象第4頁，共75頁，2023年，2月20日，星期六第二節(jié)燃油霧化過程燃油霧化現(xiàn)象第5頁，共75頁，2023年，2月20日，星期六第二節(jié)燃油霧化過程燃油霧化現(xiàn)象第6頁，共75頁，2023年，2月20日，星期六第二節(jié)燃油霧化過程燃油霧化過程液體由噴嘴流出形成液柱或液膜。由于液體射流本身的初始湍流以及周圍氣體對射流的作用（脈動、摩擦等），使液體表面產(chǎn)生波動、褶皺，并最終分離出液體碎片或細(xì)絲。在表面張力的作用下，液體碎片或細(xì)絲收縮成球形油珠。在氣動力作用下，大油珠進一步碎裂。第7頁，共75頁，2023年，2月20日，星期六第二節(jié)燃油霧化過程油珠破碎過程氣動力表面張力第8頁，共75頁，2023年，2月20日，星期六第二節(jié)燃油霧化過程油珠破碎準(zhǔn)則油珠破碎兩種力：外力：氣動力、慣性力內(nèi)力：表面張力、粘性力第9頁，共75頁，2023年，2月20日，星期六第三節(jié)燃油霧化裝置－噴嘴一、噴嘴類型直流噴嘴離心噴嘴氣動噴嘴旋轉(zhuǎn)噴嘴第10頁，共75頁，2023年，2月20日，星期六第三節(jié)燃油霧化裝置－噴嘴直流噴嘴特點：結(jié)構(gòu)簡單，尺寸緊湊，安裝布置方便霧化角小，霧化質(zhì)量差多用于加力燃燒室、沖壓發(fā)動機等第11頁，共75頁，2023年，2月20日，星期六第三節(jié)燃油霧化裝置－噴嘴離心噴嘴特點：霧化錐角大，霧化質(zhì)量好采用雙油路，可獲得更大的供油能力第12頁，共75頁，2023年，2月20日，星期六第三節(jié)燃油霧化裝置－噴嘴離心噴嘴第13頁，共75頁，2023年，2月20日，星期六第三節(jié)燃油霧化裝置－噴嘴氣動噴嘴特點：霧化質(zhì)量高排氣冒煙少貧油熄火范圍窄可采用特殊的氣化劑第14頁，共75頁，2023年，2月20日，星期六第三節(jié)燃油霧化裝置－噴嘴其它噴嘴第15頁，共75頁，2023年，2月20日，星期六第三節(jié)燃油霧化裝置－噴嘴一、噴嘴類型第16頁，共75頁，2023年，2月20日，星期六第三節(jié)燃油霧化裝置－噴嘴二、離心噴嘴理論流體為無粘性的理想流體；不計噴嘴內(nèi)部流動的徑向分速度；噴嘴處于最大流量狀態(tài)工作?；炯僭O(shè)：

1944年前蘇聯(lián)的阿勃拉莫維奇教授提出了離心噴嘴理論：第17頁，共75頁，2023年，2月20日，星期六第三節(jié)燃油霧化裝置－噴嘴二、離心噴嘴理論第18頁，共75頁，2023年，2月20日，星期六第三節(jié)燃油霧化裝置－噴嘴二、離心噴嘴理論離心式噴嘴內(nèi)理想流體的伯努利方程

根據(jù)連續(xù)方程，燃油在切向孔內(nèi)的流動速度為

不計粘性時，流體的動量守恒，故有

空氣渦核第19頁，共75頁，2023年，2月20日，星期六第三節(jié)燃油霧化裝置－噴嘴二、離心噴嘴理論由于空氣核的存在，燃油在噴嘴出口處的實際流通面積為一圓形，其值為

取軸向長度為1的環(huán)形微元體，其質(zhì)量為

微元體旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生離心力正好與徑向壓力差相平衡，故有

軸向速度第20頁，共75頁，2023年，2月20日，星期六第三節(jié)燃油霧化裝置－噴嘴二、離心噴嘴理論積分得

（與r無關(guān)）

第21頁，共75頁，2023年，2月20日，星期六第三節(jié)燃油霧化裝置－噴嘴二、離心噴嘴理論以“空穴率”表示噴孔內(nèi)空氣核的大小，用ε表示

在燃油與空氣核的交界面上有

第22頁，共75頁，2023年，2月20日，星期六第三節(jié)燃油霧化裝置－噴嘴二、離心噴嘴理論空氣核界上的切向速度為

又據(jù)連續(xù)方程有

A稱為離心噴嘴的幾何特性參數(shù)，表示離心噴嘴幾何相似的準(zhǔn)則

第23頁，共75頁，2023年，2月20日，星期六第三節(jié)燃油霧化裝置－噴嘴二、離心噴嘴理論為軸向速度系數(shù)

為流量系數(shù)

流量第24頁，共75頁，2023年，2月20日，星期六第三節(jié)燃油霧化裝置－噴嘴二、離心噴嘴理論最大流量原理

流量系數(shù)第25頁，共75頁，2023年，2月20日，星期六第三節(jié)燃油霧化裝置－噴嘴二、離心噴嘴理論霧化錐角霧化錐角可根據(jù)軸向速度和切向速度的大小來確定第26頁，共75頁，2023年，2月20日，星期六第三節(jié)燃油霧化裝置－噴嘴二、離心噴嘴理論第27頁，共75頁，2023年，2月20日，星期六第三節(jié)燃油霧化裝置－噴嘴三、離心噴嘴設(shè)計計算程序設(shè)計程序：1、選定霧化錐角，由此確定幾何特性參數(shù)A2、確定流量系數(shù)3、確定噴嘴的孔徑4、確定噴嘴其它尺寸已知條件：供油能力（供油量）、供油溫度和壓力、燃油物性參數(shù)（密度、粘度）第28頁，共75頁，2023年，2月20日，星期六第四節(jié)燃油噴嘴的霧化特性一、油珠群的平均直徑算術(shù)平均直徑：表面積平均直徑：體積平均直徑：第29頁，共75頁，2023年，2月20日，星期六第四節(jié)燃油噴嘴的霧化特性一、油珠群的平均直徑Sauter平均直徑：質(zhì)量中間直徑MMD：大于與小于MMD的油珠質(zhì)量各占50%。第30頁，共75頁，2023年，2月20日，星期六第四節(jié)燃油噴嘴的霧化特性二、油珠群的尺寸分布積分分布：小于（或大于）給定直徑的油珠所具有的質(zhì)量M占油珠群總質(zhì)量M0的百分?jǐn)?shù)

微分分布：直徑在范圍內(nèi)的油珠質(zhì)量所占有的百分?jǐn)?shù)

第31頁，共75頁，2023年，2月20日，星期六第四節(jié)燃油噴嘴的霧化特性三、油珠群幾種典型分布Rosin-Rammler:P(psi)均勻指數(shù)第32頁，共75頁，2023年，2月20日，星期六第四節(jié)燃油噴嘴的霧化特性三、油珠群幾種典型分布Nukiyama-Tanasawa:正態(tài)分布：第33頁，共75頁，2023年，2月20日，星期六第四節(jié)燃油噴嘴的霧化特性四、計算SMD的經(jīng)驗公式離心噴嘴在靜止空氣中霧化：離心噴嘴在氣流中霧化：直流噴嘴在靜止空氣中霧化：第34頁，共75頁，2023年，2月20日，星期六第五節(jié)油珠的蒸發(fā)與燃燒蒸發(fā)或燃燒時的油珠溫度Twb為蒸發(fā)平衡溫度（或濕球溫度）第35頁，共75頁，2023年，2月20日，星期六第五節(jié)油珠的蒸發(fā)與燃燒Stefan流在油珠表面：為平衡空氣向油珠內(nèi)部的擴散趨勢而產(chǎn)生的一個反向的流動稱為Stefan流。且有：在油珠表面上凈空氣通量為零

第36頁，共75頁，2023年，2月20日，星期六第五節(jié)油珠的蒸發(fā)與燃燒Stefan流Stefan流－點源：第37頁，共75頁，2023年，2月20日，星期六第五節(jié)油珠的蒸發(fā)與燃燒Stefan流Stefan流存在的條件：在相的分界面上有物理或化學(xué)過程存在，這個過程要求表面排除或吸入凈的質(zhì)量流上述凈質(zhì)量流不能通過單純的分子擴散來完成第38頁，共75頁，2023年，2月20日，星期六第五節(jié)油珠的蒸發(fā)與燃燒高溫環(huán)境中相對靜止油珠的蒸發(fā)速率物質(zhì)交換系數(shù)：擴散項Stefan流項第39頁，共75頁，2023年，2月20日，星期六第五節(jié)油珠的蒸發(fā)與燃燒高溫環(huán)境中相對靜止油珠的能量平衡加熱油珠至蒸發(fā)溫度油珠蒸發(fā)加熱油蒸氣第40頁，共75頁，2023年，2月20日，星期六第五節(jié)油珠的蒸發(fā)與燃燒相對靜止油珠的燃燒第41頁，共75頁，2023年，2月20日，星期六第五節(jié)油珠的蒸發(fā)與燃燒相對靜止油珠的燃燒在火焰面上：rf的確定：第42頁，共75頁，2023年，2月20日，星期六第五節(jié)油珠的蒸發(fā)與燃燒強迫對流條件下油珠的蒸發(fā)與燃燒折算薄膜：把一個真實的二維軸對稱對流傳熱、傳質(zhì)問題轉(zhuǎn)化為一個假想的等值球?qū)ΨQ分子導(dǎo)熱與擴散問題：1、不考慮蒸發(fā)和燃燒，把液滴看成只和氣流有對流換熱的固球2、不考慮對流的存在，只研究這個假想的有分子導(dǎo)熱和擴散的球?qū)觾?nèi)的蒸發(fā)和燃燒，從而找到蒸發(fā)和燃燒速度第43頁，共75頁，2023年，2月20日，星期六第五節(jié)油珠的蒸發(fā)與燃燒直徑平方定律及油珠的壽命設(shè)任一瞬間的油珠直徑為d，經(jīng)過時間后直徑減小d:直徑平方定律油珠壽命第44頁，共75頁，2023年，2月20日，星期六第五節(jié)油珠的蒸發(fā)與燃燒直徑平方定律及油珠的壽命在強迫對流條件下：第45頁，共75頁，2023年，2月20日，星期六第六節(jié)油霧燃燒油霧燃燒的特點油霧中的每一個油珠所處的環(huán)境（溫度與濃度等）隨時間、空間不斷變化兩顆油珠體系：隨著滴間距離的減小，燃燒常數(shù)先增加后減??；多油珠體系：中央燃燒常數(shù)高，四周低。1、相鄰油珠釋放燃燒熱使周圍溫度增高，燃燒過程加速。2、油珠周圍的氧濃度降低，引起燃燒過程減緩。第46頁，共75頁，2023年，2月20日，星期六第六節(jié)油霧燃燒油霧燃燒模型預(yù)蒸發(fā)型燃燒滴群擴散燃燒復(fù)合燃燒氣相燃燒加液滴蒸發(fā)第47頁，共75頁，2023年，2月20日，星期六第六節(jié)油霧燃燒油霧燃燒模型預(yù)蒸發(fā)型燃燒霧化液滴很細(xì)，周圍介質(zhì)溫度高或噴嘴與火焰穩(wěn)定區(qū)間距離長，使液滴進入火焰區(qū)前已全部蒸發(fā)完，燃燒完全在無蒸發(fā)的氣相區(qū)中進行，這種燃燒情況與氣體燃料的燃燒機理相同，液滴蒸發(fā)對火焰長度的影響不大。

加力燃燒室第48頁，共75頁，2023年，2月20日，星期六第六節(jié)油霧燃燒油霧燃燒模型周圍介質(zhì)溫度低或霧化顆粒較粗（或蒸發(fā)性能差），進入燃燒區(qū)時油珠基本未蒸發(fā)，只有滴群的擴散燃燒，此時反應(yīng)動力學(xué)因素影響不大。

滴群擴散燃燒燃?xì)廨啓C內(nèi)燃機第49頁，共75頁，2023年，2月20日，星期六第六節(jié)油霧燃燒油霧燃燒模型復(fù)合燃燒介于預(yù)蒸發(fā)型氣體燃燒和滴群擴散燃燒之間。如較常見的噴霧液滴燃燒，因噴出的霧滴大小不均勻，其中較小的液滴在火焰區(qū)前方已蒸發(fā)完，形成預(yù)混型氣體火焰，較粗的液滴到達火焰區(qū)時尚未蒸發(fā)完畢，產(chǎn)生滴群擴散火焰。這時蒸發(fā)因素、反應(yīng)動力學(xué)因素、湍流因素都將對燃燒發(fā)生作用?；鸺l(fā)動機沖壓發(fā)動機第50頁，共75頁，2023年，2月20日，星期六第六節(jié)油霧燃燒油霧燃燒模型部分預(yù)蒸發(fā)型氣體燃燒加液滴蒸發(fā)

部分小油珠已經(jīng)蒸發(fā)完畢，另一部分液滴進入火焰區(qū)時其直徑已過小而著不了火，只能蒸發(fā)，因此沒有滴群擴散火焰，只有部分預(yù)混的氣體火焰。工業(yè)爐第51頁，共75頁，2023年，2月20日，星期六第六節(jié)油霧燃燒滴群擴散燃燒Probert滴群擴散燃燒模型：影響燃燒效率的因素：均勻油珠群：1、霧化細(xì)度2、燃燒常數(shù)3、均勻指數(shù)第52頁，共75頁，2023年，2月20日，星期六第七節(jié)乳化油及其燃燒基本概念燃油與水在少量乳化劑及乳化裝置的攪拌下形成穩(wěn)定、均勻的油水乳化液。乳化油目的1、提高燃燒效率、節(jié)約燃料2、降低污染類型1、油包水型HLB＝2~62、水包油型HLB＝12~18HLB－乳化劑的親憎平衡值HLB＞20親水、不溶于油HLB＝0不親水、只溶于油第53頁，共75頁，2023年，2月20日，星期六第七節(jié)乳化油及其燃燒乳化油的燃燒特點1、二次霧化2、水的催化作用碳?xì)淙剂显诟邷厝毖鯒l件下下析碳，水氣對析出碳粒有催化作用：第54頁，共75頁，2023年，2月20日，星期六第八節(jié)典型液體燃料燃燒裝置航空燃?xì)猓u）輪（發(fā)動）機第55頁，共75頁，2023年，2月20日，星期六第八節(jié)典型液體燃料燃燒裝置航空燃?xì)猓u）輪（發(fā)動）機第56頁，共75頁，2023年，2月20日，星期六第八節(jié)典型液體燃料燃燒裝置航空燃?xì)猓u）輪（發(fā)動）機第57頁，共75頁，2023年，2月20日，星期六第八節(jié)典型液體燃料燃燒裝置航空燃?xì)廨啓C燃燒室第58頁，共75頁，2023年，2月20日，星期六第八節(jié)典型液體燃料燃燒裝置航空燃?xì)廨啓C燃燒室作用：主燃燒室：把壓氣機增壓后的空氣，經(jīng)過噴油燃燒提高溫度，然后流向渦輪膨脹做功。加力燃燒室：利用經(jīng)渦輪膨脹后燃燒室燃燒所剩余的氧氣再補充噴油燃燒，提高氣流溫度，增加做功能力，使發(fā)動機增加推力。燃料的化學(xué)能熱能機械能動能大氣第59頁，共75頁，2023年，2月20日，星期六第八節(jié)典型液體燃料燃燒裝置航空燃?xì)廨啓C燃燒室工作特點：1、進口氣流速度高，組織燃燒困難。2、燃燒室容積小，且要求在短時間內(nèi)發(fā)出大量的熱3、出口氣流溫度受到限制4、要求工作范圍寬第60頁，共75頁，2023年，2月20日，星期六第八節(jié)典型液體燃料燃燒裝置航空燃?xì)廨啓C燃燒室要求：1、點火可靠點火高度：8~9km，補氧后：12~13km2、燃燒穩(wěn)定不熄火不產(chǎn)生破壞性的振蕩燃燒第61頁，共75頁，2023年，2月20日，星期六第八節(jié)典型液體燃料燃燒裝置航空燃?xì)廨啓C燃燒室要求：3、燃燒完全燃燒完全系數(shù)：燃燒效率：第62頁，共75頁，2023年，2月20日，星期六第八節(jié)典型液體燃料燃燒裝置航空燃?xì)廨啓C燃燒室要求：4、出口溫度場符合要求除點火過程外，火焰不得伸出燃燒室。沿渦輪進口環(huán)形通道的圓周方向溫度均勻沿葉高溫度分布：第63頁，共75頁，2023年，2月20日，星期六第八節(jié)典型液體燃料燃燒裝置航空燃?xì)廨啓C燃燒室要求：5、壓力損失小損失因素：摩擦損失、擴壓損失、小孔進氣損失、摻混損失、熱阻損失等。總壓恢復(fù)系數(shù)：阻力系數(shù)：第64頁，共75頁，2023年，2月20日，星期六第八節(jié)典型液體燃料燃燒裝置航空燃?xì)廨啓C燃燒室要求：6、尺寸小、質(zhì)量輕7、排氣污染少8、壽命長第65頁，共75頁，2023年，2月20日，星