当前课程知识点:燃烧理论 > 第八章 层流预混火焰 > 8.1 概述及物理描述 > 8.1 定义及重要特征与实验室典型火焰
同学们
今天我们要讲的是第八章
层流预混火焰
我们在前面
第二章热化学
第三章输运也就是传质
然后到了第四第五章
化学反应动力学
还有第六章和第七章的
简化输运守恒方程之后
我们终于可以用这些方法
来研究火焰
本章的内容是这么安排的
一是概述
还有什么是火焰
就是火焰的描述
然后火焰的简化分析
和详细分析
就是怎么去用
我们前面学的知识分析火焰
火焰的
两个特征量
一个是火焰速度
一个是火焰厚度
它们的影响因素
下面还有我们这章中
还有火焰的知识
熄火可燃性
还有火焰稳定
这方面的知识
首先我们讲预混火焰
特别是层流 我们容易理解
流体力学
就是雷诺数比较低
预混火焰是什么样呢
它在生活中
有一个特别贴切的例子
这个例子就是我们的家用煤气灶
请看我们上面的图
这是煤气灶发出的
一个很漂亮的蓝色火焰
煤气灶
它是燃料在进入燃烧区的时候
它把空气卷吸进来
形成了预混
请同学们看这个结构
中间的陶瓷
还有两边的金属
那是它的一个辅助结构
主要是火焰区
在火焰前的
预混的结构
大家可以仔细看清楚
除了家用煤气灶
我们知道的
预混火焰它还用在哪呢
这是跟它的特征有关的
它有什么特征呢
它第一个特征
就是能量密度大
就是每平方厘米上
有一到两千瓦
还有它的温度比较高
所以它除了用在
推进射流燃烧器上
像我们乙炔火焰喷枪
来切割一些金属的时候
它也经常用
这跟我们冬天取暖的火焰
不一样
冬天取暖的火焰
能量密度比较小
它只有预混火焰的
百分之一到千分之一
它的温度也比较低
所以它呈现一种
黄色的发光火焰
当然了预混火焰
还有一个很重要的应用
在我们系同学们都知道
我们有一个燃气轮机研究所
燃气轮机
是制约我们国家的战机的
还有其它重要燃烧设施的
一项技术
这项技术
跟国外比 我们现在还有很多没有解决
燃气轮机
我们可以看它的结构
它的工艺十分复杂
首先它的燃烧室设计
是一个倾斜预混的燃烧室
我们都知道
在简化守恒反应器里面
我们给大家讲了
全混流
和平推流反应器
其实同学可以回顾一下
我当时给大家讲
可以用全混流模型
是因为有高速的喷嘴射流
在一个很小的区域里
可以当做全混流
燃烧完之后
当作柱塞流
大家回去可以想一下
具体我们看一下它的燃烧室
就是经过这些喷嘴之后
形成了火焰
燃烧的区域的预混火焰
而且我们也可以
把烟气循环回来
这是我们第二章学的
有什么好处呢
可以降低NOx排放
烟气循环
可以提高温度
然后还可以降低NOx排放
这时候我们就想
预混火焰
它跟我们前面讲的
燃烧的定义有什么区别
燃烧的定义
在课堂
我们可以选一些
它最基础的英文的定义
牛津字典上讲的
它有一些光和热
燃烧的过程
Webster's的字典上
它讲的是
它快速的氧化
发出了热和光
当然了也有的时候
把一些慢速氧化
像铁皮的老化
还有这种没有光
只有热的过程
也当做燃烧
但是我跟同学们说
在我们这本书里
我们讲的是一个燃料和氧化剂
放出大量的热量
的化学反应过程
它更确切的是一种反应流
因为燃料和氧化剂
要通过流动来混合
它是一个反应流
就是reacting flow的概念
这是我们跟
其它的学科和生活中的现象不一样的地方
这是燃烧作为一个学科
来研究的东西
我们对比前面燃烧的定义
我们可以把火焰
来明确地定义一下
火焰
有时候我们讲烧股火
火焰到底是什么
火焰很多时候
它的学术定义
可以这样讲
它的物理的描述
我们可以这样看
在整个空间里
假如说我们看到到处都是火
但其实火焰只是
在亚音速下
在一个可维持
传播的局部的
很小的一个区域的
什么意思呢
看着空间里都是火
而真正发生火焰的区域
是很薄的那些区域连在一起
只有一毫米厚的那个区域
如果是在常压下
只有一毫米厚的
所以这时火焰
首先它的特征是局部的
就像我说的空间很大
火看着很大
但真正的火焰的厚度很薄
然后它是在亚音速下
当然了
它是亚音速下的一种
不连续的缓燃波
英文叫deflagration
当然了超音速下的
爆震波detonation
它就
不在我们这一章的范围内
那是另外的
具体的同学可以去看一些
我们专业的大师
威廉姆斯的《燃烧理论》
普林斯顿的
Glassman的《燃烧学》
当然了我们比较一下
前面讲到的Zeldovich的燃烧
他那本专著写的也特别好
在这里面
同学们可以细化火焰的定义
火焰我们都知道了
既然它是
整个空间里有限区域的
一个可维持的
传播的区域
这时候我们就可以设计出来
各种不同的火焰 在实验室内
可以研究它
比如第一个就是本生灯火焰
本生灯火焰大家要知道
它是来自于海德堡大学
本生这个化学家
他开始设计的
看火焰的图
是一个锥形的火焰
一个管里面预混喷出的火焰
燃烧 就是这个形状
同学们会做一些实验
如果我们两个管
两个本生灯管对着靠近
就出现了对冲的火焰
叫counter flow的火焰
这个火焰因为它的一维性特别好
大家看 它不是一个斜锥形的
它是一维形的
也在研究中很常用
还有一个 在管里如果加个旋片
火焰就被托举起来
形成了碗状的火焰
是旋流火焰
这张图里叫弱旋火焰
这几个都是我们柱坐标
就是二维的
柱坐标系统的火焰
还有球形的火焰
当然也是研究火焰的一种方法
这样的话 实验室有一些火焰
通过这些火焰
我们就可以对火焰
进行深入的研究
这节课就讲到这儿
-1.1 我们为什么要学习燃烧理论
-1.2 什么是燃烧:定义与现象
-1.3 燃烧科学发展简史
-1.4 燃烧科学的研究方法
-1.5 课程的结构
-2.1 概述
--概述
-2.2 状态参数复习
--状态参数复习
-2.3 热力学第一定律
--热力学第一定律
-2.4 反应物和生成物的混合物
--燃烧焓与热值
--例题
-2.5 绝热燃烧温度
--定压绝热燃烧温度
--定容绝热燃烧温度
-2.6 化学平衡
--第二定律的讨论
--吉布斯函数
--复杂系统(选修)
-2.7 燃烧的平衡产物
--全平衡(选修)
--水煤气反应的平衡
--压力影响
-2.8 应用
--例题
--烟气再循环
-2.9 小结
--小结
-第二章 燃烧与热化学--第二章作业
-3.1 传质概述
-3.2 传质理论基础
-3.3 传质应用实例
-3.4 小结
-第三章 传质引论--第三章作业
-4.1 概述
--概述
-4.2 总包反应与基元反应
-4.3 基元反应速率
--其他基元反应
-4.4 多步反应机理的反应速率
--净生成率
--稳态近似
--单分子反应机理
--部分平衡
-4.5 简化机理(选修)
--简化机理(选修)
-4.6 催化和非均相反应(选修)
-4.7 小结
--小结
-第四章 化学动力学--第四章作业
-5.1 概述
--概述
-5.2 H2-O2系统
--H2-O2系统
-5.3 一氧化碳的氧化
--一氧化碳的氧化
-5.4 高链烷烃的氧化
--三步机理
--八步机理
-5.5 甲烷燃烧
--复杂机理和起源
--甲烷燃烧动力学
--高温反应途径分析
--低温反应途径分析
-5.6 氮氧化物
--氮氧化物的危害
-5.7 小结
--小结
-第五章 一些重要的化学机理--第五章作业
-6.1 概述
--6.1 概述
-6.2 定压-定质量反应器
-6.3 定容-定质量反应器
-6.4 全混流反应器
-6.5 柱塞流反应器
-6.6 燃烧系统建模中的应用及小结
-第六章 反应系统化学与热分析的耦合--第六章作业
-7.1 概述和总质量守恒
-7.2 组分质量守恒
-7.3 多组分扩散(选修)
-7.4 动量守恒方程(选修)
-7.5 能量守恒方程-质量通量表达形式
-7.6 守恒标量的概念-混合物分数定义
-第七章 反应流的简化守恒方程--第七章作业
-8.1 概述及物理描述
-8.2 层流火焰分析
-8.3 影响火焰速度和火焰厚度的因素
-8.4 熄火、可燃性和点火
-8.5 火焰稳定及小结
-第八章 层流预混火焰--第八章作业
-9.1 概述
--概述
-9.2 无反应的恒定密度层流射流
--物理描述
--求解
--两个例子
-9.3 射流火焰的物理描述
-9.4 简化理论描述
--概述
--守恒标量
--状态关系式
-9.5 不同几何形状燃烧器的火焰长度
--两个例子
-9.6 碳烟的形成和分解
--碳烟的形成和分解
-9.7 对冲火焰(选修)
--对冲火焰(选修)
-9.8 小结
--小结
-第九章 层流非预混火焰--第九章作业
-10.1 概述
--概述
-10.2 液滴蒸发的简单模型
--基本假设
--气相分析
--气液界面能量平衡
--液滴寿命
-10.3 液滴燃烧的简化模型
--假设
--温度分布
--液滴表面能量守恒
--火焰面处能量守恒
--例题
--扩展到对流条件
-10.4 一维蒸发控制燃烧
--物理模型和假设
--总守恒方程
--例题
-10.5 小结
--小结
-第十章 液滴的蒸发与燃烧--第十章作业
-11.1 概述及燃煤锅炉
-11.2 非均相反应
-11.3 单颗粒碳的燃烧-单膜模型
-11.4 单颗粒碳的燃烧-双膜模型
-11.5 颗粒燃烧速度
-11.6 煤的热解及燃烧
-第十一章 固体燃烧--第十一章作业
-12.1 概述
--概述
-12.2 湍流现象与描述
--湍流的现象与描述
-12.3 湍流尺度
--湍流尺度
-12.4 湍流模型
-12.5 湍流预混火焰
--湍流火焰速度
--层流火焰折皱模式
--火焰稳定
-12.6 湍流非预混火焰
--射流火焰
--火焰长度
-12.7 湍流燃烧小结
--湍流燃烧小结
-课程总结
--课程总结