知识要点 1907 G UNN 6液体燃料的燃烧 液体燃料燃烧原理 配风原理及装置 一液体燃料的燃烧方式 一 配风原理 一液体燃料的蒸发过程 一配风器主要类型 一液体燃料的燃烧过程 液体燃料雾化燃烧的组织及布置 液体燃料的雾化过程及装置 液体燃料雾化燃烧的组织 —雾化原理及方法 油燃烧器的布置 —雾化性能及质量的评定 一雾化的方式及常用的雾化装置 School of Energy and Power Engineering
知识要点 6液体燃料的燃烧 液体燃料燃烧原理 —液体燃料的燃烧方式 液体燃料的蒸发过程 配风原理及装置 —配风原理 — —液体燃料的燃烧过程 液体燃料的雾化过程及装置 —配风器主要类型 液体燃料雾化燃烧的组织及布置 液体燃料雾化燃烧的组织 —雾化原理及方法 —雾化性能及质量的评定 — —油燃烧器的布置 —雾化的方式及常用的雾化装置 School of Energy and Power Engineering
液体燃料燃烧原理 1901 OVG UNN ◆液体燃料的燃烧方式 一液体燃料燃烧过程为先蒸发气化为油蒸气，进而进行均相扩散燃烧。 一油滴在蒸发过程中若处于高温缺氧状态，将发生热裂解，分解成碳氢化合 物、碳黑及焦炭等。 一轻质碳氢化合物中的气相部分与空气扩散混合形成均相燃烧，轻质碳氢化 合物中的液相及碳黑、焦炭等固相部分则与空气扩散混合形成异相燃烧。 根据液体燃料在着火燃烧前发生蒸发与气化的特点进行分类： ()液面燃烧：直接在液体表面上发生的燃烧，若燃料蒸气与空气混合不良， 将导致燃料严重裂解，其中的重质成分并不发生燃烧反应，将冒出大量黑烟， 严重污染环境。往往是灾害或事故燃烧的形式，在工程中不宜采用。 (2)灯芯燃烧：利用灯芯的毛细吸附作用将燃油由容器抽吸上来，并在灯芯 表面生成油蒸气，然后与空气混合发生的燃烧，一般只用于家庭或其他小功 率燃烧器。 (3)蒸发燃烧：使液体燃料通过一定的蒸发管道，利用燃烧时放出的一部分 热量加热管中的燃料，使其蒸发，然后像气体燃料燃烧，适合于黏度不高、 沸点不太高的轻质液体燃料。 School of Energy and Power Engineering
液体燃料燃烧原理 液体燃料的燃烧方式 —液体燃料燃烧过程为先蒸发气化为油蒸气，进而进行均相扩散燃烧。 —油滴在蒸发过程中若处于高温缺氧状态，将发生热裂解，分解成碳氢化合 物、碳黑及焦炭等。 —轻质碳氢化合物中的气相部分与空气扩散混合形成均相燃烧，轻质碳氢化 合物中的液相及碳黑、焦炭等固相部分则与空气扩散混合形成异相燃烧。 根据液体燃料在着火燃烧前发生蒸发与气化的特点进行分类： （1）液面燃烧：直接在液体表面上发生的燃烧，若燃料蒸气与空气混合不良， 将导致燃料严重裂解，其中的重质成分并不发生燃烧反应，将冒出大量黑烟， 严重污染 境环 。往往是灾害或事故燃烧的形式 往往是灾害或事故燃烧的形式，在 程中 宜采用 在工程中不宜采用。 （2）灯芯燃烧：利用灯芯的毛细吸附作用将燃油由容器抽吸上来，并在灯芯 表 成油蒸气 面生 ，然后与 气 合发 的燃烧 空气混合发生的燃烧，一般只用 家庭或其他小功 于家庭或其他小功 率燃烧器。 （3）蒸发燃烧：使液体燃料通过一定的蒸发管道，利用燃烧时放出的一部分 热量加热管中的燃料 使其蒸发 然后像气体燃料燃烧 适合于黏度不高 School of Energy and Power Engineering ，使其蒸发，然后像气体燃料燃烧，适合于黏度不高、 沸点不太高的轻质液体燃料
液体燃料燃烧原理 1901 ONG UNNY (4)雾化燃烧：利用各种形式的雾化器将液 体燃料破碎雾化为大量直径为几微米到几百 微米的小液滴，并使它们悬浮在空气中边蒸 发边燃烧，是工程实际中液体燃料的主要燃 烧方式。 易蒸发液体燃料（汽油）采用汽化器雾化。 一空气通过上部的滤清器进入进气管，汽油 通过油泵输入浮子室，浮子室与进气管的喉 部之间采用细铜僧连接。 I■ 一管道内有气体流动时，喉部流速最大，静 i.■w 压力最低，将汽油由浮子室吸入进气管，油 图6-1汽化器示意图 股很快被高速气流雾化，形成许多小雾滴； 1一室气滤清器；2一针阀；3-浮子；4喷管： 一小雾滴随空气边流动边蒸发，达到燃烧室5一喉管；6一节气门：？-进气管：8一量孔： 时基本上已与空气混合成可燃混合气，然后 9-浮子室，10一进气预热套管，11一进气门 进入发动机中燃烧。 School of Energy and Power Engineering
液体燃料燃烧原理 （4）雾化燃烧：利用各种形式的雾化器将液 体燃料破碎雾化为大量直径为几微米到几百 微米的小液滴，并使它们悬浮在空气中边蒸 发边燃烧，是工程实际中液体燃料的主要燃 烧方式。 易蒸发液体燃料（汽油）采用汽化器雾化。 —空气通过上部的滤清器进入进气管，汽油 通过油泵输入浮子室，浮子室与进气管的喉 部之间采用细铜管连接。 —管道内有气体流动时，喉部流速最大，静 压力最低，将汽油由浮子室吸入进气管，油 股很快被高速气流雾化，形成许多小雾滴； —小雾滴随空气边流动边蒸发，达到燃烧室 时基本上已与空气混合成可燃混合气，然后 School of Energy and Power Engineering 进入发动机中燃烧
液体燃料燃烧原理 901 较难蒸发的液体燃料采用喷嘴雾化。 一〉 燃油和空气从不同通道进入燃烧室； 氧气平均浓度 一燃油在一定压力下以较高速度进入油喷 空气 火络平均避度 嘴，并将油雾化为大量粒径大小不等的油 滴； 一油滴然后由喷嘴口喷出，边向前扩散， 油 搬烧产物 高福囊面 边与喷入燃烧室的空气流混合，同时油滴 受热蒸发为油蒸气； 一当燃烧室内某区域的油蒸气与空气的混 合气达到一定浓度，并达到燃油的着火温 度时即发生着火。 图6-2燃油雾化燃烧示意图 1一雾化；2-一蒸发13一热解和裂化： 一混合过程逐渐进行，液体油雾燃烧边混 4一混合，5-若火 合边燃烧，形成一定长度的火焰矩； 一通常称为油雾化炬燃烧。 School of Energy and Power Engineering
液体燃料燃烧原理 较难蒸发的 体燃料采 喷嘴雾化 液体燃料采用喷嘴雾化。 —燃油和空气从不同通道进入燃烧室； —燃油在一定压力下以较高速度进入油喷 嘴，并将油雾化为大量粒径大小不等的油 滴； —油滴然后由喷嘴口喷出，边向前扩散， 边与喷入燃烧室的空气流混合，同时油滴 受热蒸发为油蒸气； —当燃烧室内某区域的油蒸气与空气的混 合气达到一定浓度，并达到燃油的着火温 度时即发生着火。 —混合过程逐渐进行，液体油雾燃烧边混 合边燃烧，形成一定长度的火焰矩； —通常称为油雾化炬燃烧。 School of Energy and Power Engineering
液体燃料燃烧原理 1901 G UNN ◆液体燃料的蒸发过程 (1)单个油滴的蒸发 一油滴经油喷嘴喷入炉内高温气流介质中，温度一般低于炉内介质温度，油 滴不断受热升温而蒸发； 一由于油滴温度升高，油滴与周围介质之间温差减小，减弱了周围气体对油 滴的传热量，且油滴表面蒸发过程加速，蒸发过程中油滴所吸收的蒸发潜热 也不断增多； 一当油滴达到某一温度时，油滴所得到的热量恰好等于蒸发所需的热量，油 滴温度不再改变，蒸发处于平衡状态，这一温度称为油滴蒸发时的平衡温度； 一油滴在平衡温度下继续蒸发，直到气化完毕，蒸发的油滴质量等于扩散出 去的油蒸气量，即蒸发速度等于扩散速度
液体燃料燃烧原理 液体燃料的蒸发过程 （1）单个油滴的蒸发 —油滴经油喷嘴喷入炉内高温气流介质中，温度一般低于炉内介质温度，油 滴不断受热升温而蒸发； —由于油滴温度升高，油滴与周围介质之间温差减小，减弱了周围气体对油 滴的传热量，且油滴表面蒸发过程加速，蒸发过程中油滴所吸收的蒸发潜热 也不断增多； —当油滴达到某一温度时，油滴所得到的热量恰好等于蒸发所需的热量，油 滴温度不再改变，蒸发处于平衡状态，这一温度称为油滴蒸发时的平衡温度； —油滴在平衡温度下继续蒸发，直到气化完毕，蒸发的油滴质量等于扩散出 去的油蒸气量，即蒸发速度等于扩散速度
液体燃料燃烧原理 1901 油滴蒸发扩散方式：油气分子扩散和油气以某一速度作对流扩散（斯蒂芬 流)。 P 斐克方程 dm=-Ddp.F d dr RT. dml/dt一单位时间内油滴对周围介质的扩散量； T,P、P,一油滴表面附近的燃油蒸气温度、压力和质量浓度； D一扩散系数； rF一油滴半径和表面积； 一油蒸气离开油滴表面的对流速度。 一当油气的对流流动非常微弱时，仅考虑分子扩散； 一在通常湍流流动的场合，斯蒂芬对流扩散占有很重要的地位
液体燃料燃烧原理 油滴蒸发扩散方式：油气分子扩散和油气以某一速度作对流扩散（斯蒂芬 流）。 v v dm d P D Fu F ρ 斐克方程 = − + v D Fu F dt dr RT dm/dt—单位时间内油滴对周围介质的扩散量； Tv、Pv、ρv—油滴表面附近的燃油蒸气温度、压力和质量浓度； D—扩散系数； r、F—油滴半径和表面积 油滴半径和表面积； u—油蒸气离开油滴表面的对流速度。 —当油气的对流流动非常微弱时，仅考虑分子扩散； —在通常湍流流动的场合，斯蒂芬对流扩散占有很重要的地位
液体燃料燃烧原理 1901 G UNN 在不考虑辐射的情况下，油滴的传热由对流传热和导热组成： 9-Arr+c,(T-I） dt dq/dt一单位时间内周围气体对油滴的传热量； C。一燃油蒸气的热导率和定压比热容； T、TB一周围气体和油滴表面的温度。 在油滴蒸发的起始阶段，在△π时间内，油滴受热升温△T,所需热量为 mcAT,则油滴蒸发过程的热平衡式： Ar=m,cA,+hA dm dt mrc一油滴的质量和比热容； r一燃油的汽化潜热
液体燃料燃烧原理 在不考虑辐射的情况下，油滴的传热由对流传热和导热组成： ( ) p B dq dT dm F c TT dt dr dt =− + − λ dq/dt—单位时间内周围气体对油滴的传热量； λ、cp—燃油蒸气的热导率和定压比热容； T T 周围气体和油滴表面的温度 在油滴蒸发的起始阶段，在Δτ时间内，油滴受热升温ΔTf，所需热量为 T、TB—周围气体和油滴表面的温度。 mfcfΔTf，则油滴蒸发过程的热平衡式： dq dm Δ= Δ + Δ τ τ mc T r ff f f dt dt mf、cf—油滴的质量和比热容； rf—燃油的汽 潜化 热
液体燃料燃烧原理 1901 G UNN 油滴的温升速度： ai=dgr dm dt 当dT/d0时，油滴蒸发的平衡状态： da=r dt dm dt
液体燃料燃烧原理 油滴的温升速度： 1 ( ) f f f f dT dq dm r dt m c dt dt = − 当dTf/dt=0时，油滴蒸发的平衡状态： f f f dq dm r dt dt =
液体燃料燃烧原理 1907 G UNN 高温下油滴蒸发模型 模型简化： 火焰前棒 1)油滴为一半径为r的球形颗粒，并被一半径为 的高温球形气体表面包围； 气流 2)油滴表面的蒸发处于平衡状态，且为一稳态过 程，油滴处于稍低于燃油沸点的平衡温度下； 3)蒸发过程是等压的，比定压热容为cp; 蒸气 热流 4)油蒸气和周围介质（高温烟气及空气）均看作 理想气体； 5)不计辐射和对流传热，仅考虑导热，且认为气 。袖清表面 体介质及油滴的热导率2和2B均为常数； 图6-3高温下油滴的蒸发 6)油滴周围油蒸气的浓度和温度沿半径方向线性 变化。 School of Energy and Power Engineering
液体燃料燃烧原理 高温下油滴蒸发模型 模型简化： 1）油滴为一半径为rB的球形颗粒，并被一半径为r1 的高温球形气体表面包围； 2）油滴表面的蒸发处于平衡状态，且为一稳态过 程，油滴处于稍低于燃油沸点的平衡温度下； 3）蒸发过程是等压的，比定压热容为cp； 4）油蒸气和周围介质（高温烟气及空气）均看作 理想气体； 5）不计辐射和对流传热，仅考虑导热，且认为气 体介质及油滴的热导率λ和λB均为常数； 6）油滴周围油蒸气的浓度和温度沿半径方向线性 变化。 School of Energy and Power Engineering
液体燃料燃烧原理 1901 稳态下油滴蒸发的热平衡式4πr21 dT dm 一周围高温气体介质以导热方式传给油滴的热量，全部用于蒸发油滴； 一所产生的油蒸气以扩散方式从油滴表面向外流动。 将热平衡式两边对油滴半径求导数，然后沿半径方向积分可得油滴的蒸发速 度 d_4,nnl+2(T-T】 dt cp 1-r8In 入rf 油滴的蒸发速度只取决于油滴直径(d=2B)、油滴周围气体温度及该体系 的物性。 School of Energy and Power Engineering
液体燃料燃烧原理 2 4 p dT dm r cT d dt 稳态下油滴蒸发的热平衡式 π λ = p dr dt —周围高温气体介质以导热方式传给油滴的热量，全部用于蒸发油滴； 所产生的油蒸气以扩散方式从油滴表面向外流动 将热平衡式两边对油滴半径r求导数，然后沿半径方向积分可得油滴的蒸发速 度 —所产生的油蒸气以扩散方式从油滴表面向外流动。 4 ln[1 ( )] 1 / B B p B dm r c T T dt c r r r πλ λλ = +− − 1 1 / p B f dt c r r r − λ 油滴的蒸发速度只取决于油滴直径（dB=2rB）、油滴周围气体温度及该体系 的物性。 School of Energy and Power Engineering