当前课程知识点:燃烧理论 >  第十章 液滴的蒸发与燃烧 >  10.4 一维蒸发控制燃烧 >  例题

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例题

下一节:小结

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例题课程教案、知识点、字幕

我们现在

就把刚才说的这一套理论

就是有三个微分方程

以及它的代数方程

我们可以去求解

当然这个求解需要计算机

我们用到什么呢

用到一个火箭发动机里边

这火箭发动机

实际上是一个

圆筒形的火箭发动机

这个火箭发动机

它首先是一个圆筒的燃烧室

后面是一个渐扩的喷管

那么高速的可以喷出去

我们假设

初始

是有燃料

都是非常小的液滴喷进去

那我们利用前面的

去研究一下

比如说液滴的初始的这个粒径

对整个温度分布

当量比的这个分布的影响

以及初始的粒径

和液相、气相的速度的影响等等

这些分布

那这就是那个燃烧室

那么我们

有气体燃料 液体燃料

还有氧化剂 我们喷到这个距离里面去

那么这是一个

前面一个燃烧室

燃烧室不大

在一个渐缩渐扩喷管

产生超音速

就可以使得整个

发动机在高速下推进

那么燃烧室的面积

我们现在用的是0.157平方米

长度

0.725米 不长

也就那么长一段

燃料的面积

大概占整个燃烧室的

这个截面的面积的十分之一

就是0.0157平方米

我们燃料是用正庚烷

就是C7H16

那么总的当量比

我这边标红了是什么意思

是2.3

什么意思呢

大家想一想

就是燃料

是过量的

那么初始的

那个液滴

就是燃料的当量比

是0.45

也就是开始的时候

燃料怎么样

是不过量的 是少量的

是过稀的

那么初始的这个温度的多少呢

是801K

整个燃烧室的压力是很高的

就是3.4474兆帕

也就差不多35个大气压

那么液滴的初始速度怎么样呢

是10米每秒

很慢地进去

就大概这么一种状态

当然你这个计算

当然好多的热学参数

你都要去查表

包括它的汽化潜热

这些都应该去计算

你把所有的数据都准备好了以后

那下面的活儿就交给计算机了

那么这几张图的话呢

就表达了这个

它的一个最基本的一些规律

你可以看出来

不同的粒径怎么样

它会很快地变化

这第一张图是代表了

整个的温度

当量比以及

直径随着x的变化规律

你可以看看最小的(直径)只有30微米

30微米的液滴

很快怎么样

很快很快

就达到了最高的温度

而且它这个时候呢

当量比

也很快达到了

理论的2.3

开始0.45 对吧

而且达到一百多毫米

液滴的直径就降到零了

说明

就很快烧完了

也就是说在非常接近

燃烧器的喷口那个(位置)就烧完了

我们再来看看 (液滴)越来越大

比如看这个100微米的(液滴)

那基本上

在一个一定的条件下

它就会烧完

那么你看看

如果200微米的(液滴)

你看看怎么样

到了出口的时候

还没烧完

它的直径

几乎就没有什么大的变化

只烧了一点点对不对

而且温度

这个时候也达到最高

也达到最高

所以每一个液滴

性能完全不一样

如果太大的液滴

它就烧不完

太小的液滴

它非常快速地在喷口上就烧完

这也确实有问题

初始的温度会太高

所以这个最佳的(燃尽)地方是什么

蒸发的最合适的这个位置

在理想的什么样

刚好到A2的地方

也就是725(毫米)刚好能烧完

这个时候呢

速度又达到最高

这个是实际上是最佳的

当然我们需要很好地

去配合

那么如果液滴是非常高速

非常细的话

那接近喷口

就烧完了

这个时候

温度太高

把喷射器烧坏了

如果直径太大

到最后都没烧完

也不行

那么效率就太低

所以我们有一个合理

优化的一个直径

既要保证

完全燃烧

又要保证

出口的安全

我们再来看一看

他这个液滴的速度

情况怎么样

大家可以看一看

如果是非常小的这个液滴的话

怎么样

虽然初始的

速度非常慢

只有10米每秒对吧

但是很快达到了非常高的速度

他最高的速度

接近500米每秒

也就是说

30微米 50微米(的液滴)

非常短的距离

就达到了这个速度对不对

80微米(的液滴)

出口还是很高的速度

你可以看出来

(液滴直径)到了200微米

它的速度实际上没有达到最高

看一下 这个实线

是气相的速度

这个虚线是液滴的速度

你可以看出来

它们的速度差距

还是很大的

这个时候

我们可以想象一下

忽略对流的影响

合适不合适

显然是不合适的

我们真正的研究过程当中

显然是要把对流

考虑进去

就是这个速度差引起

Nusselt数的变化

和Sherwood数的变化

把它考虑进去

我们可能会更准确地

描述这样的一个研究过程

因为它的速度差是很大的

燃烧理论课程列表:

第一章 导论

-1.1 我们为什么要学习燃烧理论

--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

--1.2 什么是燃烧:定义与现象

-1.3 燃烧科学发展简史

--1.3 燃烧科学发展简史

-1.4 燃烧科学的研究方法

--1.4 燃烧科学的研究方法

-1.5 课程的结构

--1.5 课程的结构

第二章 燃烧与热化学

-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

--反应物与生成物的组成

--绝对(或标准)焓和生成焓

--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

--回热式和蓄热式交换器

--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

第三章 传质引论

-3.1 传质概述

--3.1.1传质概述

-3.2 传质理论基础

--3.2.1菲克扩散定律

--3.2.2扩散的分子基础-分子动力学

--3.2.3扩散系数的微观推导(选修)

--3.2.4组分守恒方程推导

-3.3 传质应用实例

--3.3.1应用实例一:液面蒸发

--3.3.2蒸汽界面边界条件

--3.3.3液滴蒸发

-3.4 小结

--3.4.1液滴质量守恒+小结

-第三章 传质引论--第三章作业

第四章 化学动力学

-4.1 概述

--概述

-4.2 总包反应与基元反应

--总包反应与基元反应

-4.3 基元反应速率

--双分子反应和碰撞理论

--其他基元反应

-4.4 多步反应机理的反应速率

--净生成率

--反应速率常数与平衡常数关系

--稳态近似

--单分子反应机理

--链式反应和链式分支反应(一)

--链式反应和链式分支反应(二)

--化学时间尺度(一)

--化学时间尺度(二)

--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)

--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

第五章 一些重要的化学机理

-5.1 概述

--概述

-5.2 H2-O2系统

--H2-O2系统

--H2-O2系统爆炸特性

-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

--总包反应和准总包机理

-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

--氮氧化物的形成(一)

--氮氧化物的形成(二)

--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

第六章 反应系统化学与热分析的耦合

-6.1 概述

--6.1 概述

-6.2 定压-定质量反应器

--6.2 定压-定质量反应器

-6.3 定容-定质量反应器

--6.3 定容-定质量反应器

-6.4 全混流反应器

--6.4 全混流反应器

-6.5 柱塞流反应器

--6.5 柱塞流反应器

-6.6 燃烧系统建模中的应用及小结

--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

第七章 反应流的简化守恒方程

-7.1 概述和总质量守恒

--7.1 概述和总质量守恒

-7.2 组分质量守恒

--7.2 组分质量守恒

-7.3 多组分扩散(选修)

--7.3 多组分扩散(选修)

-7.4 动量守恒方程(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

--7.5 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

--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

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

-8.2 层流火焰分析

--8.2.1 简化分析

--8.2.1 简化分析(续)

--8.2.2 详细分析

-8.3 影响火焰速度和火焰厚度的因素

--8.3.1 温度、压力和当量比,燃料选型及火焰速度选型

--8.3.2 火焰速度测量

-8.4 熄火、可燃性和点火

--8.4.1 冷壁熄火

--8.4.2 可燃极限和点火

-8.5 火焰稳定及小结

--8.5 火焰稳定及小结

-第八章 层流预混火焰--第八章作业

第九章 层流非预混火焰

-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

--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

--各种不同的解法(一)(选修)

--9.4.5 各种不同的解法(二)(选修)

-9.5 不同几何形状燃烧器的火焰长度

--圆口和槽型口燃烧器火焰长度

--火焰长度的影响因素

--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

第十章 液滴的蒸发与燃烧

-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

--质量守恒和组分守恒

--温度分布

--液滴表面能量守恒

--火焰面处能量守恒

--液气平衡 总结和求解

--燃烧速率常数和液滴寿命

--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

--液滴数目和液滴相守恒

--总守恒方程

--气相成分和气相能量守恒

--液滴动量守恒 模型总结

--例题

-10.5 小结

--小结

-第十章 液滴的蒸发与燃烧--第十章作业

第十一章 固体燃烧

-11.1 概述及燃煤锅炉

--11.1.1 概述

--11.1.2 燃煤锅炉

-11.2 非均相反应

--11.2.1 非均相反应及表面化学反应

--11.2.2 碳反应的半总包机理反应

-11.3 单颗粒碳的燃烧-单膜模型

--11.3.1 模型建立

--11.3.2 质量与组分守恒与表面化学动力学

--11.3.3 电路比拟与碳燃烧控制

--11.3.4 能量守恒

-11.4 单颗粒碳的燃烧-双膜模型

--11.4.1 模型建立

--11.4.2 组分守恒、封闭性和表面化学反应

-11.5 颗粒燃烧速度

--11.5 颗粒燃烧速度

-11.6 煤的热解及燃烧

--11.6 煤的热解及燃烧

-第十一章 固体燃烧--第十一章作业

第十二章 湍流燃烧入门(选修)

-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

--湍流模型方法(1)

--湍流模型方法(2)

-12.5 湍流预混火焰

--湍流火焰速度

--湍流火焰结构与模式

--12.5.3 例题

--层流火焰折皱模式

--分布式反应区模式和漩涡小火焰模式

--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

--课程总结

例题笔记与讨论

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