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11.5 颗粒燃烧速度

下一节:11.6 煤的热解及燃烧

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11.5 颗粒燃烧速度课程教案、知识点、字幕

同学们

前面我们讲了单膜模型

也讲了双膜模型

这个时候我们就可以预测

颗粒燃烧时间的寿命了

这个怎么做

你比如说这个

碳颗粒dmdt的减少

这个碳颗粒

等于负的mc的

燃烧速率

这个时候我们就想

前面的那个m里面是一个

是ρ乘以一个

ρ的三次方

后面那个mc里面

如果扩散公式是4πrs

一个d 一个r

一个半径

这一消掉

如果是属于

扩散控制的话

那就是又回到了我们D方定律

为什么是D方定律

第一个(微分)里面是属于

(dt)的三次方

4πrs里是一次方

一约就是D方

(微分)变化是一个D方的定律

这个时候

我们就可以认为这是扩散控制

KB等于

8ρDρcln一加上B

碳的寿命就是

等于D0方(初始c粒径)

除以一个KB

同学们大家一定不要在这儿大意

如果我这时候告诉你

我这不是扩散控制

而是化学反应组的控制的话

那个寿命会是什么样的

那个时候就要写4πrs方

所以那个就不是D方定律

是D的一次方定律

D方定律的前提是什么

假设扩散阻力控制占主导

而煤燃烧里面

经常是两个机制

在共同主导的时候

就不能够这么简单推导

就是说这个m

既不是D方减少

也不是一次方减少

这个时候需要对

碳燃烧寿命的

理解

前面我们还要讲一个

对流的影响,这特别有意思

就单膜也好

双膜也好

我们前面讲的时候

都是在一个静止

颗粒在一个静止的环境里

但实际气流中

颗粒和流速它有个速度差

因为颗粒不是分子

它(流动性)没有那么好

但这个速度差存在的时候

就有对流

这个对流效应

会加快它的

碳燃烧过程

但这个过程怎么处理

一个比较好的是,如果我们懂量纲的话

我们可以想

原来是无穷远处

现在我们就采用第四章的

(膜的)理论

现在不是无穷远了

就在一个有限的环境内

比如原来你在无穷远处

氧无穷

现在是在一个离得很近的

就等于是加快一个过程的这种

处理方式

所以就是不论是热的

就是T

就是说deltT是热的这个边界

和这个质量(传递)的边界

不再是无穷远

都是一个值

deltT除以rs

等于什么

等于Nusselt数

除以Nusselt数减二

颗粒的Nusselt数

我们知道如果是静止的环境

Nusselt数等于二

等于二的时候

那个deltT就是无穷远

另外

对扩散

我们用一个sherwood数

sherwood数它其实是

(比)Nusselt数的时候

它也是

sherwood数然后等于二的时候

什么道理

这个时候

就等于是

如果sherwood数等于二的话

也是这个无穷远

然后有对流的情况下

sherwood数它不等于二

这个时候我们就可以给它一个值

这样的话就等于是

就像这个图里面

把无穷远的边界拉到了一个

相对的位置

而这个位置

传热是跟Nusselt数有关

(传质)是跟sherwood数有关

这两个都是传热学

的概念

然后这样的话

我们就可以把

碳燃烧速率

等于一个二的Nusselt数

乘以静止没有对流时候的

我们推导那个值

当然我们知道球形的

Nusselt数

最起码都是二加上一个

与Lewis数

还跟雷诺数有关的值

雷诺数这个时候

不是流体雷诺数

是流体和颗粒的速度差来

定义的雷诺数

这个物理概念必须要很清楚

然后

我们就可以去

在有一定的对流的环境下

预测燃烧速率

它会不会加快

它的整个的加快的情况

这只是一个近似的分析

但在(工程)上特别有用

我们给一个例题来算一个

一个七十微米的这个碳颗粒

颗粒的密度是什么

我们认为它是

一千九百千克每立方米

如果我们认为它是扩散控制的话

那KB就是燃烧的速率常数

就相当于

液滴蒸发速率常数

就是8ρD除以ρcln一加上B

然后我们

就可以做出来

它的这个KB是二点一三四的

负八次方

立方秒

然后根据D平方定律

就可以求出来

零点二三秒。这个

是它的这个燃烧寿命时间

前提是它是扩散控制

但我告诉大家

如果煤粒径逐渐减少

逐渐减少

减少到了一定地步

它还是扩散控制吗

扩散就不是个问题

它就是化学反应控制

所以它开始可能更像D方

但后来它就更像一次方

所以大家看这些项的时候

如果是理想的碳燃烧的话

没有挥发 没有杂质的话

应该是

这个规律

这就是你要理解它

如果化学反应控制是D什么

D的一次方

也就是

D 是线性的

如果是扩散阻力控制

它的那个直径的减少

就是D方定律

就是二次方减少

所以我对这进行了一个评述

我们可以看

它在锅炉

我们设计是两秒的时间

但对这个煤粉的话

咱们可以算出它是零点二三秒

它的温度比较高的时候是这样

所以因为你的煤粉有大有小

它并不是都是

你的那个两秒是考虑到

很多综合的因素

和你煤粉的

比例的设计

另外一个就是

咱们这个求出来的这个结果

它计算的还是比较合理的

在实际锅炉中

二氧化碳氧无穷的这个值

它也不是一个常数

它随着燃烧过程

也会减少

时间会带来影响

给大家讲一下

最后的话

就是刚才我讲的

颗粒粒径减少之后

它会从扩散控制

转成化学反应控制

就不再符合D方定律

这一块的话大家要注意

它的减少就变成了一次

接近一次方

或其他幂次的减少

同学们要注意一点

还有一个就是燃烧器辐射场的效应

也要考虑

这样的话

我们基本上就对碳燃烧的

它的单膜双膜

还有它的寿命这一块

做了一个研究

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

11.5 颗粒燃烧速度笔记与讨论

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