当前课程知识点：汽车发动机原理 > 第六章：燃烧的基础知识 > 6.4 均质混合气中的火焰传播 > Video
同学们好
这节课我们学习
均匀混合气中的火焰传播
汽油机在燃烧之前
可燃混合气经过进气系统到缸内
其浓度分布已达到
十分均匀的程度
对这种均质混合气
一般采用火花点火
和火焰传播的燃烧方式
另外
在天然气等
气体燃料发动机中
也往往采用这种燃烧方式
下面
我们就来分析这种燃烧方式
在均质混合气中
通过火花点火形成火核
顺序点燃周围的混合气
燃烧往往在一层
很薄的火焰面上进行
称为火焰前锋面
火焰前锋面的界面明显
以火核为中心
呈球面波形式向周围扩展
习惯上称这种燃烧现象
为火焰传播
下面我们来进一步认识
火焰前锋面的结构
如图所示
在静止或层流混合气状态下
火焰前锋面厚度一般在1mm以下
在这样薄的火焰面上
进行着剧烈的传热传质
和化学反应
有着极大的温度梯度
和浓度梯度
90％～95％的化学能
在火焰前锋面上释放
假设在一充满
可燃均质混合气的长管中
右端点火后
火焰沿长管向左端传播
我们将很薄的火焰前锋面放大后
可以仔细分析燃烧反应过程
如图所示
厚度为δ的火焰前锋面中
很大一部分
是化学反应速度很低的
预热区以δp表示
而化学反应主要集中在
厚度很窄的化学反应区以δc表示
火焰前锋面法线方向上
相对于未燃混合气的移动速度
称为火焰传播速度
层流火焰传播速度vL很低
一般在1m/s以下
图6-9给出了一些
常见燃料在不同燃空当量比时的
层流火焰传播速度的变化规律
可以看出
不同燃料的层流火焰传播速度
有明显差别
一般
层流火焰传播速度vL越大
则火焰前锋面厚度越薄
例如H2的层流火焰传播速度
可超过250cm/s
明显高于烃类燃料
烃类燃料的δ约为1mm
而H2燃料的δ仅为0.1mm
由图还可以看出
层流火焰传播速度vL的最大值
一般出现在化学计量比附近
更准确地说约出现在
φ=1.05或φa =0.95的
略浓混合气中
知道了火焰传播速度
则火焰速率的简单计算方法
为式6-7
式中m为混合气质量
ρm为混合气密度
FL为火焰前锋面表面积
再将式6-7乘以混合气热值Hum
则得到放热速率的表达式为6-8
式中QB为燃烧放热量
湍流对火焰传播
可以产生两方面的效果
一是由于微元气体的无规则脉动
加速了火焰前锋面内
传热传质和化学反应
使沿前锋面法向的
火焰传播速度加大
二是微元气体脉动
使火焰前锋面出现皱折
表面积明显增加
按整个皱折面积算出
混合气的燃烧质量
比层流时大为增加
图6-10给出了湍流
与火焰前锋面形状的关系
层流火焰传播速度为vL
其前锋面薄且光滑
湍流火焰前锋面出现皱折
如果记湍流时的
火焰传播速度为vT
这时vT与雷诺数的1/2次方成正比
较层流时明显增长
但由于气体脉动uT
尚小于火焰传播速度vT
因而火焰前锋面还未被撕裂
当雷诺数Re＞6000时
为强湍流火焰
前锋面的皱折发展成
明显的凹凸不平和扭曲
由于脉动速度uT＞传播速度vT
导致前锋面分裂
出现许多未燃混合气孤岛区域
这种剧烈的传热传质
和化学反应使湍流燃烧
进一步加速
这时火焰传播速度vT
与雷诺数Re成正比
因此
随雷诺数的变化
火焰传播速度呈现
图6-11所示的变化规律
显然
湍流火焰速度
明显大于层流火焰速度
由此说明
提高混合气的湍流程度
是改善汽油机燃烧的有效手段
最后
让我们来看一个实际的例子
来对比层流火焰和湍流火焰
这幅图为采用高速纹影
拍摄的汽油混合气燃烧
上行为火花点火的层流火焰
下行为火炬点火的湍流火焰
同学们可以结合
以上讲解直观地比较
两种流态下的火焰结构
和火焰速度
好 关于均匀混合气中的火焰传播
我们就讲到这里
同学们 再见
-0.1 总论
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-0.2 车用发动机的种类
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-1.1 示功图及其测取
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-1.2 四冲程发动机示功图分析
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-1.3 二冲程发动机示功图分析
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-1.4 性能指标分类与循环指示功
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-1.5 动力、经济性能指标与测定换算
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-1.6 影响动力、经济性能指标的环节和因素
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-第一章习题(计入课程成绩)--作业
-2.0 导论
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-2.1 燃料的分类
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-2.2 汽油、柴油的炼制
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-2.3 汽油的理化特性
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-2.4 柴油的理化特性
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-2.5 燃料构成与理化特性
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-2.6 汽油、柴油质量标准
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-2.7 燃料与发动机工作模式
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-2.8 工质主要热力参数
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-2.9 燃烧热化学
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-第二章习题(计入课程成绩)--作业
-3.0 导论
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-3.1 热力过程与热机循环的简化
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-3.2 理论循环分类及循环热效率
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-3.3 理论循环热力参数对热效率的影响
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-3.4 工质对循环热效率的影响
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-3.5 真实循环对热效率的影响
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-3.6 机械损失的构成
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-3.7 机械损失的测量方法
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-3.8 机械效率的影响因素
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-3.9 发动机的能量分配与转化效率
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-3.10 发动机的节能途径与技术
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-第三章：工作循环与能量利用--第三章习题(计入课程成绩)
-4.0 导论
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-4.1 四冲程发动机换气系统及换气过程
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-4.2 配气相位对发动机性能的影响
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-4.3 充量系数的解析式
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-4.4 进气阻力对充量系数的影响
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-4.5 其他因素对充量系数的影响
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-4.6 充量系数的速度特性
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-4.7 压力波及其传播特性
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-4.8 单缸机的进排气动态效应
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-4.9 多缸机的进排气动态效应与进气不均匀性
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-4.10 四冲程发动机增压系统及性能
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-4.11 二冲程发动机的换气过程与换气质量
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-第四章习题(计入课程成绩)--作业
-5.0 导论
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-5.1 发动机运行工况
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-5.2 发动机特性曲线分类
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-5.3 发动机速度特性
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-5.4 发动机负荷特性
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-5.5 发动机全特性
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-5.6 发动机外特性与整车动力性
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-5.7 发动机全特性与整车经济性
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-5.8 混合动力专用发动机及其运行特性
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-第五章习题(计入课程成绩)--作业
-期中考试（只有一次答题机会！）--期中测试题（占30%总分）
-6.0 导论
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-6.1 燃烧现象及其分类
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-6.2 可燃混合气的着火与着火理论
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-6.3 湍流及其在燃烧中的作用
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-6.4 均质混合气中的火焰传播
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-6.5 液体燃料的雾化
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-6.6 油滴的蒸发与燃烧
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-6.7 示功图与燃烧放热率
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-第六章习题(计入课程成绩)--作业
-7.1 柴油机燃烧过程分析
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-7.2 柴油机燃烧放热规律
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-7.3 柴油机燃油喷射系统
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-7.4 柴油机喷油过程
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-7.5 柴油机缸内气流运动
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-7.6 柴油机燃烧室的分类及其特性
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-7.7 柴油机混合气形成方式
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-7.8 柴油机粗暴燃烧与燃烧噪声
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-第七章习题(计入课程成绩)--作业
-8.1 汽油机燃烧过程分析
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-8.2 汽油机的不正常燃烧：爆燃和表面点火
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-8.3 汽油机的不规则燃烧：循环波动和各缸不均匀性
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-8.4 汽油机燃油喷射系统及其演变
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-8.5 非直喷汽油机燃烧室及其特性
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-8.6 汽油机进气道喷射与混合气形成
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-8.7 汽油机缸内直喷与混合气形成
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-第八章习题(计入课程成绩)--作业
-9.1 有害排放物种类及其危害
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-9.2.1 NO的生成机理
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-9.2.2 CO和HC的生成机理
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-9.2.3 PM和Soot的生成机理
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-9.3 有害排放物生成的影响因素
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-9.4 汽油机机内净化技术
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-9.5 柴油机机内净化技术
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-9.6 汽油机后处理技术
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-9.7 柴油机后处理技术
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-第九章习题(计入课程成绩)--作业
-10.1 燃烧模式及其分类
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-10.2 汽油机均质混合气压燃（HCCI）模式
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-10.3 柴油机均质混合气压燃（HCCI）模式
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-10.4 内燃机部分预混压燃（PCCI）模式
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-10.5 均质混合气引燃（HCII）模式
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-10.6 天然气发动机
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-10.7 氢燃料发动机
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-10.8 二甲醚发动机
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-10.9 甲醇发动机
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-10.10 乙醇发动机
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-10.11 生物柴油发动机
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-第十章习题(计入课程成绩)--作业
-期末考试--期末测试题（占30%总分）
