第五章 液体燃料燃烧.ppt

第五章液体燃料燃烧,第一节液体燃料的特性第二节液体燃料的雾化第三节液滴的蒸发第四节液滴燃烧,第一节液体燃料的特性,一、油类燃料特性二、其他液体燃料,一、油类燃料特性,1.石油的元素组成2.石油中的碳氢化合物和胶状沥青物质3.石油的炼制4.燃油的主要特性,1.石油的元素组成,组成石油的元素主要是碳、氢、氧、氮、硫五种，其中主要的是碳和氢两种元素，碳的含量质量分数，下同占84％～87％，氢的含量占11％～14％。除了上述五种主要元素外，在石油中还发现有极微量的金属元素和其他非金属元素。金属元素有钒、镍、铁、铝、钙、钠、镁、钴、铜等，非金属元素中主要有氯、硅、磷、硒、砷等。,2.石油中的碳氢化合物和胶状沥青物质,1碳氢化合物组成石油的化合物主要是碳氢化合物，在化学上称为烃。2胶状沥青物质石油中除了烃类物质以外，还有非烃化合物，其中含量最大的一类就是胶状沥青物质，高的可达40％～50％，一般为百分之几。,3.石油的炼制,图5-1直馏流程图,3.石油的炼制,表5-1石油的馏分组成,3.石油的炼制,图5-2减压蒸馏流程图,4.燃油的主要特性,1凝固点液体燃料存在的状态可以为固态、液态和气态，因而有相应的凝固点和沸点，燃油由各种烃类的复杂混合物组成。2沸点基于同样的原因，燃料油也没有一个恒定的沸点，而只有一个温度范围，它的沸腾从某一温度开始，随着温度升高而连续变化。3相对密度温度为t℃时油的密度和4℃时纯水的密度之比称为该油的相对密度，过去曾称比重，用符号4表示。,4.燃油的主要特性,4发热量由于油的碳氢含量远较煤多，因此油的发热量也远较煤高，通常低位发热量Qnet,ar为38.5～44MJ／kg。5比热容6粘度当两个面积分别为1cm2、相距1cm的两层油面，以1cm／s的相对速度运动时，液面间产生的内摩擦力称为动力粘度μ，当内摩擦力等于1105N时，动力粘度为。7热导率油的热导率随温度升高而降低。,4.燃油的主要特性,8表面张力各类燃料油的表面张力相差不大，并随温度的提高而降低，其典型数据见表5-2。9闪点设容器内装有温度为t的液体燃料，在这温度下，燃料以低的蒸发速度蒸发并与空气混合，当与明火接触时，就发生短暂的闪光一闪即灭，这时的油温称为闪点。10燃点当燃料气体一旦被点火火焰点着，火焰就能连续不断维持下去的温度称为液体燃料的着火点或燃点通常连续燃烧的时间不小于5s。,二、其他液体燃料,1.水煤浆2.其他合成液体燃料,1.水煤浆,表5-4水煤浆的种类,2.其他合成液体燃料,,第二节液体燃料的雾化,一、雾化过程及机理二、喷嘴三、液体燃料雾化性能,一、雾化过程及机理,图5-3液滴的分裂过程,一、雾化过程及机理,图5-4静止气氛中，雾化破碎状况和非预混圆管射流液体破碎长度,二、喷嘴,1.压力式雾化喷嘴2.旋转式雾化喷嘴3.气动式雾化喷嘴,二、喷嘴,图5-5雾化方法示意图a压力式b旋转式c气动式,1.压力式雾化喷嘴,表5-5压力式雾化喷嘴使用压力范围,2.旋转式雾化喷嘴,图5-6中间回油式机械喷嘴1二次风嘴2一次风嘴3转杯4风机5转轴6进油管7进油体8电动机,3.气动式雾化喷嘴,图5-7低压空气雾化喷嘴a直流式b旋流式,3.气动式雾化喷嘴,图5-8高压气动式雾化喷嘴a直流式b旋流式,三、液体燃料雾化性能,1.雾化角2.雾化液滴细度3.雾化均匀度4.喷雾射程5.流量密度分布,1.雾化角,图5-9雾化角示意图,2.雾化液滴细度,1索太尔平均直径SMD2质量中间直径MMD,3.雾化均匀度,雾化均匀度较差，则大液滴数目较多，这对燃烧是不利的。但是，过分均匀也是不相宜的，因为这会使大部分液滴直径集中在某一区域，使燃烧稳定性和可调节性变差。最有利的雾化分布应根据燃烧设备类型、构造和气流情况等具体条件而定。,4.喷雾射程,喷雾射程指水平方向喷射时，喷雾液滴丧失动能时所能到达的平面与喷口之间的距离。雾化角大和雾化很细的喷雾炬，射程比较短；密集的喷雾炬，由于吸入的空气量较少，射程比较远。一般射程长的喷雾炬所形成的火焰长度也长。,5.流量密度分布,图5-11燃料分布特性a、b离心式机械雾化喷嘴c直流式机械雾化喷嘴,第三节液滴的蒸发,一、液滴蒸发时的斯蒂芬流二、相对静止环境中液滴的蒸发三、强迫气流中液滴的蒸发四、液滴群的蒸发,一、液滴蒸发时的斯蒂芬流,图5-12液体周围成分分布空气中空气质量分数空气中燃料蒸气的质量分数液滴表面的燃料蒸气质量分数液滴表面的空气质量分数,二、相对静止环境中液滴的蒸发,图5-13高温下液滴蒸发的能量平衡图,二、相对静止环境中液滴的蒸发,二、相对静止环境中液滴的蒸发,表5-6不同燃料的B值,二、相对静止环境中液滴的蒸发,图5-14气流流速对液滴边界层的影响,三、强迫气流中液滴的蒸发,四、液滴群的蒸发,0515.TIF,第四节液滴燃烧,1预蒸发型气体燃烧这种燃烧情况相当于雾化液滴很细，周围介质温度高或雾化喷嘴与火焰稳定区间距离长，使液滴进入火焰区前已全部蒸发完，燃烧完全在无蒸发的气相区中进行，这种燃烧情况与气体燃料的燃烧机理相同，液滴蒸发对火焰长度的影响不大。,第四节液滴燃烧,2滴群扩散燃烧这是另一个极端情况，即周围介质温度低或雾化颗粒较粗或蒸发性能差，在燃烧区的每个液滴周围有薄层火焰包围，在火焰面内是燃料蒸气和燃烧反应产物，火焰面外是空气和燃烧反应产物，每个液滴的燃料蒸气各自供给其周围的火焰，并和氧气相互扩散混合进行燃烧反应，随着液滴向火焰区的移动，未燃液滴在一定位置着火、燃烧，代替已燃液滴的位置。3复合燃烧这是介于预蒸发型气体燃烧和滴群扩散燃烧之间的一种情况。,第四节液滴燃烧,4部分预蒸发型气体燃烧加液滴蒸发这时一部分小液滴已蒸发完毕，而有一部分液滴进入火焰区时，其直径已缩得过小或间距过密而着不了火，只能蒸发，这时没有滴群的扩散火焰，只有滴间空间中部分预混的气体火焰。,第四节液滴燃烧,一、静止液滴的燃烧二、强迫气流中液滴的燃烧三、液滴群的燃烧四、合理配风,一、静止液滴的燃烧,1加热阶段。2燃料蒸发阶段。3燃烧阶段。,一、静止液滴的燃烧,一、静止液滴的燃烧,一、静止液滴的燃烧,图5-16计算机模拟正庚烷粒子受热升温、蒸发、燃烧三阶段的特性参数液滴温度330K，d100μm,空气温度T1100K，压力p0.7MPa,二、强迫气流中液滴的燃烧,1d2对关系曲线的斜率值在燃烧的初始阶段不断变化，然后达到等于准稳态理论结果的常数值。2燃烧过程中，液滴表面温度值、火焰与液滴直径的比值以及火焰温度值都是变化的。3在液滴中心温度升高到液滴表面温度以前，必须经过一段时间。4着火过程是从化学动力因素控制转变到扩散控制燃烧的过程，灭火则刚好相反。,二、强迫气流中液滴的燃烧,图5-17热空气中甲醇液滴的着火过程a着火过程中CO质量分数轮廓线b非预混火焰形成后的轮廓线,二、强迫气流中液滴的燃烧,图5-18单个液滴的燃烧a没有相对运动的情况b有相对运动的情况,二、强迫气流中液滴的燃烧,图5-19液滴燃烧模型示意图,二、强迫气流中液滴的燃烧,二、强迫气流中液滴的燃烧,表5-7强迫对流情况下燃烧速率的各种关系式,二、强迫气流中液滴的燃烧,表5-8周围气体的速度对燃烧常数的影响,三、液滴群的燃烧,①火焰部分地合并。②火焰完全合并，其余均为单独分开的火焰。,三、液滴群的燃烧,表5-9液滴群燃烧时燃烧速率常数,四、合理配风,1.喷雾燃烧的配风原理2.合理配风的基本方式,1.喷雾燃烧的配风原理,1提高各雾化器的加工精度，以控制各雾化器的流量特性偏差不超过1％，雾化器制成后最好作流量检验实验。2输油管路应该设计得各管道的阻力差尽可能小。3由于雾化器会磨损，应定期检查流量的变化。,2.合理配风的基本方式,1风箱中的空气流速应该稍低些。2风箱中的空气流动图谱应该组织得比较完善。3最好在直管道中进行各调风器的风量分配。,