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
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
-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