当前课程知识点:燃烧理论 > 第十章 液滴的蒸发与燃烧 > 10.1 概述 > 概述
好 同学们
从今天开始我们要针对
另外一种特殊的燃料
就是液体燃料如何燃烧
来进行讲解
前面我们的两种火焰
都是针对叫做气体燃料的
而气体燃料
我们有了所谓的
这样的预混火焰和扩散火焰
那么对于液体燃料的话
我们针对的实际上
它的特色就是扩散火焰
或者叫它是一种
典型的非预混火焰
好 我们后面的话还会讲到
固体燃料的燃烧
那么实际上它也是一种
典型的非预混火焰
好 液体燃料为什么重要
我们知道我们在自然界
有三种主要的化石能源
那么我们有天然气
有石油和煤
而石油的话
它最后会提炼成汽油
煤油和柴油
分别比如像汽油
主要是我们小汽车使用对吧
那么柴油我们主要是用于
我们大型的工业机械
和大卡车
和这种公共交通
那么用柴油
那么煤油的话
我们主要是用于什么
用于航空
所以它是三个非常典型的
那么他们的特点的话
实际上真正的燃烧
实际上它首先是要蒸发
蒸发以后再燃烧
这是它的一个基本特点
所以它本身的应用
就非常广泛
那么实际上在国际上
现在大概三分之一的能源
是靠液体燃料来供应
也就是石油
所以它非常非常重要
那么另外有趣的像
这种球形的这种火焰
它本身是燃烧的
一个非常特殊的现象
所以我们如果专门针对
一个液滴
我们今天的话
这堂课的主要的目的
就是针对一个液滴
液滴的燃烧
那么它是属于所有的
液体燃烧的一个最基本的
一个现象
所以我们也研究一个
液滴的燃烧
我们就针对它
来进行它的求解的方案
最后的话
能够获得它
所谓的这样一个汽化
以及蒸发的速度
以及最后的话
它如何燃尽
我们要把问题
全部给它说清楚
所以我们从一个
最最简单的蒸发出发
也就是说简单的
在热的控制的条件下蒸发
我们在第三章已经学习了
在扩散控制的条件底下
它怎么蒸发的
那么它主要是什么
它主要的实际上是由于扩散
引起的这样一个表面的蒸发
或者是由于质量浓度梯度引起的
这样的表面蒸发
那我们今天来看一看
如果外面我们把它加热
加热了以后的话
表面它也会出现蒸发
这种传热控制的蒸发
我们后面会讲一个
液滴的这种
燃烧的简化的模型
最后我们来求解
扩展到对流的情况
我们一个液滴如果在流动底下
它会怎么样子
最后我们来看一看
如果我们实际上我们液滴
不可能一个一个去烧
我们一大堆的液滴
在一起烧的时候
我们怎么去求解它
我们有一个一维的汽化的控制的
这么一个燃烧的模型来求解
这个的话
就是我们整体的这么一个
求解的过程
那么液体燃料我刚才已经提到了
它可以在各种各样的
就是内燃机里边燃烧
在燃气轮机里边燃烧
而且还有液体火箭
比如我们现在很多的液体的火箭
我们液体燃料也是可以的
液氢 液氧
包括我们工业锅炉
工业窑炉里边也会用到
那么但是它们最最基本的东西
基本上就是一个液滴
所以我们这次的重点
我们就把它来研究一个
液滴的燃烧
所有的这些燃烧
基本上都是以液滴为代表
那么所有的液滴在一起
我们叫做喷雾
英文叫做spray combustion
就是喷雾燃烧
所以把这些问题
从一个最基本的液滴开始出发
我们一直到液雾燃烧
这是我想我们这堂课所要介绍的
首先我们来看看柴油机和汽油机
首先是柴油机
柴油机和汽油机的话
它的发动机的话
有直喷式和间接喷式两种方式
那么在非常高的压力底下
我们汽油机或者是柴油机
那我们的液体燃料
要喷进去以后
那么它基本的过程
实际上是符合
这样一种内燃机的
基本的这样一个过程
那么它典型的是非预混燃烧
那么它的基本的工作原理的话
实际上就是首先
第一步首先是
把空气和油怎么样
引入到气缸之内
气缸之内进行压缩
压缩了之后
它就可能被点燃
点燃当然
在柴油机里边和
是压缩点燃还是电火花点燃
是两种不同的点燃方式
这就产生燃烧
燃烧以后它就会膨胀
膨胀就会做功
做完功以后的话
它就在排气
这就是所谓的典型的
四冲程的这么一种
内燃机的工作原理
那么这里边最最重要的
实际上在第三的冲程
就是燃烧的
而它一般在毫秒级这种燃烧
就全部完成
那么第二个应用的
就是燃气轮机
那么燃气轮机
是应该说
我们有地面的
用天然气来做所谓的
这样一个燃气轮机发电
这是大家非常常见的
我们前面已经提到过
那么我们另外的话
如果在航空里边使用
就是航空发动机实际上它也是
一种典型的燃气轮机
但是用的煤油
煤油实际上它也是液雾的燃烧
那么它基本上就是
一个整体的燃气轮机
包括了压气机 燃烧室
和透平
那么我们所说的就是
燃烧室的这么一个局部
那么在这里边
非常小的一个空间
它就能够发生
非常高强度的这种燃烧
非常有意思的这么一个现象
这张图实际上是典型的一个
燃气轮机的一个图
那我刚才说了
它包括了基本的三个大的部分
一个是压气机
也就是把空气要变成高压
同时在高压的后面的话
就有一个燃烧室
燃烧室的话
高压的空气进去
同时我们的煤油
航空煤油
就变成喷雾就喷进去 烧
烧完了以后
它就后面就经过透平去做功
那么带动整个飞行器
那么燃气轮机包括航空
实际上航海里边
都会用到(类似)这样的一个发动机
那么对于航空发动机的话
它有一些非常特殊的要求
比如它的污染物一定要低对吧
而且高空当中怎么样
它有一个再燃的能力
那么高空当中它的
应该是非常非常难的一种现象
因为它的空气非常稀薄
温度还比较低对吧
那么另外的话
它要为了污染物控制
它要非常非常接近化学当量的
这么去燃烧
但是又需要进一步加热
要控制它的温度
就是透平之前要控制温度
所以又得不断的加热
二次风
过程是一个
不断的有一次风 二次风的
这么一个过程
那第三个重要的应用的话
就是液体火箭的发动机
那么应该说
在我们火箭发动机里边
最最重要的是什么
最最重要的实际上是
单位的体积里边和空间里边
或者单位重量的这种燃料
能够释放最多的能量
因为我们带到天上去不容易
我们的重量是越少越好
那么通常
我们主要是一般来说
我们正常的燃烧
我们比如是氧化剂
主要是用空气
但是你要到太空当中燃烧的话
那你氧化剂和燃料怎么样
都要被携带着
所以它的话
一般都是液化的
比如有一种比较典型的
液氧和液氢对吧
这就是一个典型的两种
不同的液体燃料
在低温底下它就是液体
那么它要喷到里边去燃烧
这种现象
那么供应方式
它也可以是用高压
也可以用泵两种不同的方式
但是最后的燃烧的话
都在燃烧室里边进行
这里边这张图是典型的
这种液体的火箭的发动机
那么你看右边上面的
就是一个典型的氧化剂
它就是通过泵来送
那边是燃料
两个都是送到
送到一个燃烧室里边
燃烧了以后再用喷管
喷射出去
高速喷射产生动力
所以不管是哪一种设备
那么我们基本上都是一种什么
一个基本的逻辑
首先是什么
我们要把不管是液体的
如果氧化剂也是液体
那我们液体的氧化剂
那主要是燃料是液体的
我们需要把它什么
进行雾化
也就是说让它液体要变成
非常细的颗粒来进行燃烧
液滴来燃烧
这是一个非常非常重要的
那么这个过程的话
实际上可以用这张图来表达
实际上就是一个
液滴的射流
我喷射到一个表面上
它就会怎么样
就会碎成一个个小的颗粒
它先变成一个线状的
一片状的
先是一个体积变成片
片变成线 线变成液滴 就是这么
过程实际上是代表了
我们所有的各种液体燃料
雾化的这么一个过程
最后是变成什么
变成小的液滴
那么这种过程的话
我们可以做很多的研究
那么这张图表达了就是
用不同的这种
就是所谓的生物燃料
生物的柴油来做的这种
液滴的燃烧的过程
包括它的这种扩散 燃烧
我们可以做很多很多的研究
-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