当前课程知识点:燃烧理论 > 第八章 层流预混火焰 > 8.4 熄火、可燃性和点火 > 8.4.2 可燃极限和点火
同学们下面我再讲一下点火
关于点火呢 我们前面讲了
一个球形区域的
熄火是什么样的
其实它的熄火和点火是一致的
就是加入能量就是点火
然后能量维持不住
散热多
就是熄火
所以同样对这个球形区域
就是
它的最小的熄火的直径
也是它最小的点火直径
这是为什么呢
让我们再回顾一下
点火和熄火的准则
威廉姆斯准则的第一条
就是将足够的能量
加入到一个
稳态传播的
层流火焰中
他当时用的是板形区域
但不管是板形区域
还是球形区域
加入到这个区域内
如果使它的温度
能升高到
绝热燃烧温度时
它就能够点燃这个物体
这是点火准则
而同样的准则二就是
在这个区域内
也不管板形还是球形
它的化学反应放热
如果能近似的平衡于热传导
往区域外散热的速率
那它就可以维持
如果平衡不了了
散热快了就会熄火
其实我刚才
故意把球形最小点火直径
放在熄火那一节里讲
然后把它和板形的相比较
就是这个目的
也就是威廉姆斯
当年把准则一和准则二
坚定的放在一起的原因
大家一定要从这点上去想
就是点火和熄火
二者是相似的
一个是加入能量
一个是往外散热
当然了我们在实际中
也可以做到
比如这个火焰好好的
我们怎么让它加快散热呢
我们可以降低壁面温度
加冰块
那火就可以被熄灭了
这不是笑话
现实中就可以做到
一个火焰给它周围放点冰块
它就可以熄灭了
然后如果某个地方没有点燃
我里面用电火花一点
局部能量足够
它就可以点燃了
所以这一点很重要
包括现在很多技术研究
还在用这些概念
包括现在汽车的很多点燃
怎么让那个区域能量足够
像用等离子点燃的区域
能跟最小点火直径结合的很好
所以这些东西到目前都很有用
那最小点火能是怎么确定呢
前面我们知道了
最小临界直径
当然了
它是点火熄火共同的直径
等于什么呢
二分之根号6δ 不是b
b是板形区域的参数
板形区域b如果等于1
梯度等于1的话
那系数就是1
这里是二分之根号6
这个差别是这样的
这就是为什么
三维区间的散热
就是板形的散热最大的原因
我前面强调过了
通过临界点火的半径
就是Rcritic
然后4/3πR立方
然后就知道了它的质量
乘以ρ 乘以密度
就是mcritic
它乘以cp
温度Tb-Tunburned
这个温度
然后这就是
我们真正需要的能量
就是把这些物质
从未燃温度
到绝热着火温度之间的
显焓变化
加入到这个地方需要的能量
就是我们的最小点火能
同样我们把Rcritic
给代进去
就是用α除以火焰速度的
形式代进去
得到了第二个表达式
紧接着对这个表达式
进一步细化
得到了底下的表达式
最小点火能等于
61.6压力一次方
cp除以
Rb
然后除以Tb-Tu/Tb
然后α除以SL的三次方
就得到了这么一个关联式
最小点火能
确定了之后
我们都知道SL是
这里是0.125
和unburned
和阿雷尼乌斯的温度
还有压力的关系
还有最小点火能
我们也都知道了
它和这些参数
就是这样进一步的关系
把这些代进来
当然α还有关系都代进来
最后最小点火能
它是跟压力的负2次方
有关系的
这点很重要
就是高压下需要的最小点火能
是大了还是小了
根据这个可以确定
为什么需要这个
因为内燃机 发动机
它都需要点火
在高压下点火能
和在低压下
是不一样的
对于各种不同的发动机来讲不一样
就是设计的原理
点火
到了高压的时候
可能对点火
就不需要太好的等离子体
就可以点着
这是跟压力有关的
因为它需要的能量小 对吧
而如果是
低压的
一个推进装置
或者燃烧装置
那这个地方
就需要很好的点火设备
因为要提供能量大
点火的能量大
所以这是不一样的
这本书里面
我们给了很多这种的
类似的细节
就包括温度
初始的温度
对最小点火能的影响
我们以
燃料丙烷propane
来举例子
233k到477k的时候
它的点火能就减少了很多
这就是刚才
Tb-Tunburned
那个温度的差值减小导致的
然后还有正庚烷
初始温度的提高
最小点火能减少
这是这张图
然后右边这张图比较有意思
这张图讲的是什么呢
熄火距离和最小点火能的关系
我们可以看
乙炔和氢气的点火能小
它们熄火距离也很小
而到了点火能高一点的
是乙烷 丙烷
再往上
就是更高碳的一些烷烃
包括癸烷
它们需要的熄火距离大
点火能也大
这张图表明了什么呢
表明了熄火距离
和最小点火能
是比例增加的
还有一点
就是我们还要讲一个
火焰可燃极限的概念
我们举一个例子
在一个油库里
在一个油库里面
怎么摩擦点火都不会引燃
为什么呢
因为燃料过浓了 没有空气
那一点空气不够燃烧
而在一个
燃料过稀了环境
比如空气里面
汽油漏了那么一点
它也点不着 为什么呢
火焰可燃极限
它分上限和下限
下限是
当量比小于1的时候
就是空气过量
的时候
燃料含量的最低值
上限就是燃料过量
空气不过量的时候
这个时候燃料含量的最高值
这是一个表
表里面的数值
括号内的是当量比
括号外的是
燃料的摩尔分数
我们举个最简单的例子
我们常见的甲烷methane
它的下限0.50是什么意思
就是当量比
1是正好反应
低于0.5之后
这个甲烷本生灯就不能燃烧起来
大家认为对不对
我可以给这么一个概念
如果你去燃烧一个本生灯
当量比如果是在0.50
像本生灯这种装置
因为它不是极限的测量装置
它是一个通常的装置
它不是极限的测量装置
它当量比比0.7
再低就很难
基本上就是这样
你不信你可以在实验里面做
就是按当量比
甲烷配到0.7的时候
就基本上达到极限
如果空气再多
就烧不起来了
这是很有意思的
而我们加了很多比如湍流
各种强化传质的
强化混合的设施之后
当量比也就在0.50上下
这就是可燃极限
当然了甲烷
上限是1.67
这也是一点
也不是说
燃料足够多就能点燃
如果燃料再多
空气又不够了
又燃烧不起来了
这是可燃极限的概念
氢气比较好
下限能够到0.1
这给我们什么启示
对氢气这种燃料
它的泄漏 它可能产生火灾
我们一定要重视
只要是里面有摩尔比例10%
就能够着火
甲烷按照当量比的话
按照当量比有0.5
需要这么多 就没关系
氢气是按照
当量比在10%
就一定会烧起来
所以可燃极限
也可以用来
防止一些火灾发生
除了燃烧设计
还可以用来火灾的防止
也很重要
这是火焰可燃极限的讲解 这节课就到这
-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