8.4.1 冷壁熄火在线视频

同学们在预混火焰中

还有一个比较有意思的现象

就是熄火

也就是我们说的冷壁熄火

当火焰进入一个小通道中

它就会熄灭

如果这个通道不是特别小

这个火焰就会传播过去

如果这个通道它比较小

火焰进到这个通道内

它传不过去就熄灭了

我们就称为临界熄火距离

具体做实验的时候

我们就做一个

本生灯管实验

我们在一直通着燃料气

突然反应物停止供应

观察这个火焰

它是否能够回火

就是不同的管径里

能不能回火

如果管径很小的时候

火能够回去

那这时

就还没有熄火

火回不去的临界值

就是熄火距离

熄火距离实验它也可以用

长宽比比较大的

狭形的槽来做

这个实验反而做的比较准

经验上而言

如果测熄火距离

用咱们刚才的本生灯管圆管

测的值

要比狭缝的值要大一些

大20%到30%

我就问一下同学们

你猜它为什么大

熄火的原因是什么

这一点很重要

Williams他给出来

熄火和点火的原则

所以大师他观察这个现象

总是有独特的地方

他的准则一

指的是点火

就是当把足够的能量

加入到一个和稳态

传播的火焰一样厚的区域

就是加入到火焰厚度这么厚的区域

这个火焰厚度就很有意思

火焰厚度概念

跟火焰厚度差不多这么厚的

就是毫米级的

板状区域内

使气体温度升高到绝热火焰温度

它能够点燃

这是点火

这么多能量它足以点燃

然后熄火相反

就是在这个条形的

板状的区域内

化学反应的放热速率

近似地

能够平衡放热

如果无法平衡放热

就熄火

所以这是熄火的准则

接下来我们就用这两个准则

来对火焰熄灭

做一个简化的理论分析

简化的熄火分析

请看右图这个区域

垂直于纸面

是厚度

可以给一个δ厚度

这个值具体多少无所谓

然后它沿着两侧壁往外散热

这种热是什么 导热

然后里面是什么呢

是化学反应三撇

就是反应放出来的热量

乘以它的体积

如果这两者相等

就是临界值

如果再大 散热大了

火焰没法维持了

就是导热

大于化学反应了

那就熄火对不对

所以我们就算临界值

二者相等的时候

Q三撇它来自于我们前面的

燃料mF三撇的定义

它乘以热值ΔhC

但是要有个负号

注意这是消耗的量

所以Q'''=-mF'''Δhc

这一项知道了

那导热怎么算呢

导热的话

我们还是遵循这两点

我们认为

在壁面上的导热

dT/dx等于什么呢

在壁面的温度是wall Tw

中心是Tb

就这两个的温度差

除以δ/2

那是线性的分布

但其实我告诉你

接近壁面的时候

温度可不是从中心

线性分布降下来

接近壁面的地方要比这个梯度要大

所以对于这个高的梯度

我们就可以去想办法给它

近似一个分布

当然了都得要用傅立叶

导热定律

就是kAdT/dx

在壁面处的

最小的值

就是我们刚才讲的

Tb-Tw/d/2

就是距离的一半

这时是

中心的温度最高

但是因为大部分的时候

是要比这个梯度更高

它引入b b大于2

所以Tb-Tw/d/b

b是大于2的

这个b是多少呢

就可以用实验参数来测量它们

可以通过熄火距离

来确定b的值嘛

所以这个是可以用经验估计

这样的话

我们知道了温度梯度

然后把它代到

前面的式子里面

mF'''乘以Δhc再乘以δ乘以d还有长度L

后面是k（2δL）

就是两边都散热

沿着δ厚度上长度L

两边都散热

然后还有dT/dx在壁面的值

壁面的值就等于

Tb-Tw/d/b

然后

我们把方程求解

可以得到d方

等于2kb（Tb-Tw）

mF'''Δhc这个方程式

这个式子很有意思

我们发现熄火距离d

它跟我们前面求的

火焰厚度很相似

我们把火焰厚度的关联式

就是δ的表达式

在右边红框的这个式子

给代进去

我们又得到了什么呢

就是d等于

就是2根号下bα/SL

这里α/SL

就是δ

所以d就等于根号bδ

根号b 大家知道b是大于2的

因为梯度

并不是从二分之一距离

到壁面呈线性变化

它要比线性更快一点

在壁面的导热的梯度比线性高

所以通过d等于根号bδ

我们就知道熄火距离

比火焰厚度要大一些

这和前面

甲烷的实验那张图

就是我们书上那张图

实验结果是一致的

就是熄火距离

总比火焰厚度要高一点

要大一点

这时我们就想

不同的燃料结构

比如说乙炔

甲烷 氢气

它们这熄火距离是一样的吗

举个例子 氢气

氢气火焰速度很快

氢气的火焰厚度就很小

因为根号bδ

所以氢气的火焰厚度很小

氢气的熄火距离也很小

就是乙炔 氢气

这两者熄火距离 大家可以看

在图上是比较低的

而其它的像甲烷 丙烷

越是饱和的烷烃

它的熄火距离越是比较大

所以当我们去阻燃的时候

就是我们

在防止回火的时候

熄火距离的选取

就跟燃料种类有关系

熄火距离对温度和对压力

有没有依赖呢

我这里考同学们一下

压力越高熄火距离

越大还是越小呢

压力越高火焰越薄

熄火距离越小

所以同学们

在课下你们要想一想

假如我们刚才的区域

不是板状的

不是一维的板状的区域

假如说是个球形的区域呢

熄火怎么考虑呢

也可以考虑

也是Q'''V和导热相等

但是变成沿着球的边界导热

大家知道

真正的是越接近板形的区域导热越大

板形散热面积比较大

所以它的熄火距离

相对就比较小

这就是圆锥形的熄火距离

比它大的原因

那球形的呢

球形就会更大

我们推一下看看

还是Q'''V=Qconductive

就是导热散热

我们可以看

演变成mF'''Δhc

乘以4/3πR临界直径的立方

然后在临界直径中的散热

它这里

就直接用Tb-Tu

除以临界的半径

这时

其实还是应该有一个

就是我们说的

参数

应该是有个b b/2类似的

因为它这里直接是用的

半径

不是用的距离 总距离

不是直径

所以这个地方那个b它没选取

就认为是线性的

这一点会有点小问题

没关系

我们可以继续按照这样求出来

把这两个式子

都代进去之后

临界半径的平方等于

3k（Tb-Tu）除以

mF'''Δhc

这里我们就得到什么呢

就是它的临界半径

等于根号6α除以SL

所以它等于个二分之根号六δ

我们之前的式子是根号b

就是根号bδ

这样的话

我们就可以比一下

对一维的和三维的火焰

是因为有根号6

这个地方当然

我们也可以在里面

选一个b的系数

根据这些就可以知道

就是板形散热发热最快

所以它测的熄火距离就是最小的

而球形的和圆锥形的会比较大

这是熄火

这一节的问题

希望大家能够去思考

不同的形状火焰的熄火

和熄火距离值为什么大

因为导热是一个沿着面上

往外散热

而反应取决于

体积的大小 它没有变

只是散热面积变

根据

同样的体积

它的比表面积不一样

所以造成了这种差距

这是不同形状的火焰

熄火的

根本的物理的原因 谢谢大家