冉景煜版 工程燃烧学--第 07 章
消防燃烧学第七章
免责声明本书是由杜文峰组织编写的《消防工程学》，以下电子版内容仅作为学习交流，严禁用于商业途径。
本人为西安科技大学消防工程专业学生，本专业消防燃烧学科目所选教材为这版的书籍，无奈本书早已绝版，我们从老师手上拿的扫描版的公式已基本看不清楚，严重影响我们专业课的学习。
并且此书为消防工程研究生的专业课指定教材，因此本人花费一个月时间将此书整理修改为电子版，希望可以帮助所有消防工程的同学。
由于本人能力有限，书上的图表均使用的是截图的，可能不是很清楚，还有难免会有错误，望广大读者海涵。
西安科技大学消防工程专业2009级赵盼飞 2012、5、28第七章室内火灾简介第一节概述室内火灾是一种受限空间内的燃烧，是建筑物火灾的重要形式。
一般说，除了住宅、商店、厂房、仓库等建筑物外，汽车和火车的车厢、飞机和轮船的舱、工厂的实验间等也都是典型的室。
因而室内火灾具有广泛的研究对象。
这种室的形状与人们生产和生活所在的空间差不多，其长宽高比例相差不大。
火灾现象与它所在空间的大小和形状有密切关系，体积过小或长度过长或形状很复杂的空间中的燃烧与通常的室内火灾燃烧有较大差别，此处不做讨论。
室内火灾常常是从某种可燃固体着火开始的。
在某种火源(或热源)的作用下，可燃物先发生阴燃，若条件合适就会转变为火焰燃烧。
明火的出现标志着燃烧速率增大，室内温度迅速升高。
在可燃物上方形成向上流动的烟气羽流。
当羽流受到顶棚的阻挡，便会沿顶棚扩展开来，形成水平流动的烟气顶棚射流。
烟气就会在顶棚下方形成逐渐增厚的热烟气层。
当烟气层的厚度超过通风口顶部至顶棚的高度时，部分烟气可从室内流出，或者流到外界环境中，或者进入建筑物的走廊。
当火足够大时，流出的热烟气可导致火灾的蔓延。
室内火灾中存在着可燃物、火焰、烟气羽流、热气层、壁面和通风口等因素的影响，它们之间存在复杂的相互作用，从而出现受限燃烧的特殊现象。
室内平均温度是表征火灾燃烧强度的重要指标，常用这一温度随时间变化的情况描述室内火灾的发展过程，见图7一l。
工程燃烧学讲义-绪论-第1--5章
漏风系数和空气平衡
漏风系数与理论空气量之比：Δα/V0
气体燃料燃烧时的空气量计算
第三节：燃烧烟气量计算
理论烟气量计算
理论烟气量：1公斤燃料完全燃烧所生成的烟气量；
完全燃烧时的实际烟气量计算
需考虑过量空气量及其所带水分的影响
不完全燃烧时烟气量的计算
理论烟气量没有变化，但实际烟气量相对于完全燃烧 时要增大；如果不完全燃烧只产生CO，烟气中碳燃烧 产物的总体积不变，但总的烟气体积会增大
• 不可燃元素，越少越好。
第二节：燃料的组成和特性
燃料的化学成分和性质-煤的元素分析
氮（N） • 不可燃且有害元素，高温下形成氮氧化物
硫（S） • 可燃且有害元素，燃烧时形成硫氧化物； • 煤炭中以S、FeS2及各种硫酸盐形式存在；气体燃料中 以H2S形式存在。
灰分（A） • 燃料完全燃烧后的残渣，属有害物质。越少越好。
燃烧过程的监测、诊断与控制
本课程的学习方法
从日常生活中最简单的燃烧现象开始思考； 多阅读一些有关燃烧技术、燃烧设备的杂志和书； 充分认识到燃烧现象的复杂性，学会利用燃烧理
论来解释日常生活和实际产生过程中的燃烧现象； 要记住概念、方法和要领以及物理意义； 不要死记公式； 不要死记推导过程；
解决能源与环保问题的迫切需要 • 能源的概念与分类
– 一次能源与二次能源 – 清洁能源与非清洁能源 • 能源的主要构成：化石能源 • 节能减排的关键----燃烧过程
几种主要的能源生产过程 • 燃煤发电厂 • 燃油（气）发电厂 • 水力发电站 • 风力发电站 • 核电站
论
几种电力生产过程
核电厂简介
工程燃烧的研究及发展
燃烧学讲义(7层流预溷)
表7-1 Flame Properties at φ =1 (32)0.绪论1.燃料2.燃料的燃烧计算3.输运现象[5][7][10]输运什么呢？质量、动量、能量。
The subject of transport phenomena includes three closely4.化学动力学基础5.燃烧学基本方程任何一门成熟的学科都有它自己的数学模型体系，它能够在数学上描述这门学科所涉及的所有特征。
人们通过解方程就可以预测这门学科所涉及的所有现象，比如在天体力学中通过解经典力学方程，就能确定行星（如海王星）的轨道；在分子物理中通过解薛定谔方程，就可以确定分子光谱。
这章介绍燃烧学基本方程。
它是在流体力学方程基础上得到的。
The dynamics and thermodynamics of a chemically reacting flow are governed by the conservation laws of mass, momentum, energy, and the concentration of the individual species. In this chapter, we shall first present a derivation of these conservation equations based on control volume considerations.6.预混可燃气着火理论7. 层流预混可燃气火焰传播理论7.1. 引言前一章讲了着火，有自燃和点燃。
在自燃现象中，不管是链锁自燃还是热自燃，都是系统整体的爆炸性过程。
而在点燃现象中，首先是局部着火，然后是这个局部着火区引燃与之相邻的部分，这就是火焰的传播。
当燃料耗尽或燃烧工况变得恶劣时，火焰传播终止，这就是熄火。
绝大部分燃烧现象都要经历这个着火、火焰传播、熄火的过程。
着火在前一章讲了，本章讲火焰传播。
工程燃烧学
相对于收到基成分，干燥成分被放大了100/(100-War)倍，因此干燥成分/收到基成分＝100/(100-War)相对于收到基成分，可燃成分被放大了100/(100-War-Aar)倍，因此可燃成分/收到基成分＝100/(100-War-Aar)相对于干燥成分，可燃成分被放大了100/(100-Ad)倍，因此可燃成分/干燥成分＝100/(100-Ad)干馏，即把煤在隔离空气的情况下加热把煤加热到110oC，使水分蒸发，测出水分含量在隔绝空气下加热到850oC，测出挥发分含量然后通入空气使焦块全部燃烧，测出灰分和固定碳含量高位发热量：单位质量的煤完全燃烧后，燃烧烟气的温度降低至室温时放出的全部热量低位发热量：单位质量的煤完全燃烧时，所放出全部热量中去除烟气中水蒸气汽化热后的量煤的发热量测定3种方法氧弹量热计直接测定应用工业分析值计算应用元素分析值计算炭化程度高，比热减小通常，矿物质含量增高，比热降低温度变化，比热先增后降导热系数随炭化程度升高和温度升高而增大同一煤种，水分含量增大，导热系数增大粘结性：粉碎后的煤在隔绝空气的情况下加热到一定温度时，煤的颗粒相互粘结形成焦块的性质焦结性：指在工业炼焦条件下，一种煤或几种煤混合后的粘结性，也就是煤能炼出冶金焦炭的性质实验室中用坩埚法测定粘结性，干馏后按外形分八个等级，称为粘结序数1粉状—焦炭残留物均为粉末2黏着—残留物粘着，手轻压成粉末3弱黏着—残留物粘结，手轻压碎成小块4不熔融黏结—手指用力压裂成小块5不膨胀融化黏结—成浅平饼状，表面有银白色金属光泽6微膨胀熔融黏结—表面银白色金属光泽，表面有小气泡7膨胀熔融黏结—表面银白色金属光泽，高度不超过15mm8强膨胀熔融黏结—焦渣高度大于15mm汽油辛烷值的测定是以异辛烷和正庚烷为标准燃料进行配比，使其产生的爆震强度与试样相同，标准燃料中异辛烷所占的体积百分数就是试样的辛烷值。
辛烷值高，抗爆性好汽油抗爆能力的大小与化学组成有关。
燃烧理论基础第七章资料重点
D
CO w
1 K CO
D CO w
1
CO w
CO ( 1
K
)
D
（代入式（3））
mw
CO
CO
( 1
1 K
D
1
)
CO
(1
1
1 K
D
1
)
CO
(1
D D
1
K
)
D
D
D
CO
(D K D
D K
)
1
CO
K
D K 1
K D D K
CO
D
D
CO 1 1 K D
·当 T 较高时，K 很大，即
1 >> K
k1 k1
CO
w
1
1 KCO w
式中， K k1 ，为一常数。 k1
·化学反应只能在 q 表面进行。若 q 反应加剧（燃烧速度） 。
·当CO w 很小时，KCOw<<1，q≈KCOw，q CO w （与浓度有关）。
·当CO w 很大时，KCOw>>1，q≈1（吸附份额 100%）。
且与表面积上氧浓度 CO w 成正比例。
·当吸附和解吸之间达到平衡。
k1CO w (1 q) k1 q
k1 －吸附常数k，1
－解吸常数。
k1CO w k1CO wq k1 q 0
k1CO w (k1CO wq k1 q) 0
q
k1CO w
k1 k1
CO
w
KCO w
k1CO w k1
·由于煤炭的燃烧、排污较严重，要治理耗资 巨大，所以我国实行了煤产量总量控制的原则。
《工程燃烧学》教学大纲
《工程燃烧学》教学大纲【课程编号】【学时学分】56学时；3.5 学分【开课模式】必修【实验学时】6学时【上机学时】0【课程类型】专业基础课【考核方式】考试【先修课程】锅炉原理【开课单位】电力系【授课对象】本科热能与动力工程专业一、本课程的教学目的和任务（一）教学目的：紧密结合国家和地方发展燃气轮机技术、城市垃圾焚烧技术和“西气东送”的政策和大趋势，让学生充分了解能源与动力行业技术发展的新趋势和动向，力求使学生获得适应21世纪能源动力学科和产业发展需求的知识和能力。
（二）教学任务：从培养学生的技能入手，提高他们分析问题、解决问题以及实践应用的能力，主要学习燃烧的概念、基础理论、燃烧装置及燃烧技术。
既着重于系统地阐述与燃料燃烧过程有关的基本概念和基本理论，又重点介绍固、液和气体燃料燃烧技术和控制燃烧过程中污染物的生成及排放的基本原理和方法。
二、本课程性质、特点及基本要求（一）性质：本课程是能源动力类专业学生的一门专业基础课，安排在第五学期进行。
（二）特点：本课程是理论和实际紧密结合的应用性很强的一门课程。
（三）基本要求：要求通过本课程的学习，在基本理论和基本技能方面应达到以下要求:1、掌握燃烧的基本概念、燃烧设备及其基本性能要求，了解工程燃烧的研究现状及发展前景2、掌握燃料的概念、分类和特性，各种形态燃料介绍。
3、掌握燃烧过程的化学反应、燃烧空气量、烟气量及温度的计算、燃烧检测及燃烧效率。
4、本章要求掌握燃烧的基础理论、燃烧技术及其过程中的射流特性，理解活化络合物的过渡态理论、连锁反应。
5、本章要求掌握气体燃料燃烧原理、特点、气体燃料燃烧装置，理解预混可燃气体的着火和燃烧、气体燃料的置换。
6、本章要求掌握液体燃料燃烧原理、液体燃料的雾化过程及装置、雾化燃烧的组织及布置，理解配风原理、油燃烧器设计。
7、本章要求掌握固体燃料的燃烧过程及特点、煤的悬浮燃烧和旋风燃烧技术及装置，了解煤燃烧新技术及发展趋势。
工程燃烧学7
工程燃烧学
主讲教师：裴蓓
燃烧的过程是一种复杂的物理过程和化学过程的综合，它既有流动、扩散、混合等物理现象，又有氧化还原反应，并放出光和热的化学现象。
燃烧是一种复杂的物理化学过程——三传
一反：
动量传递（流动）热量传递
质量传递（扩散）化学反应
μ= 1/2μ
m y
y
μ= 1/2μ
m y
y
μ=
1/2μm y
y
§7.2 同向平行流中的自由射流
§7.2 同向平行流中的自由射流
§
§7.2 同向平行流中的自由射流
§
1.79g/L，为1.29g/L。
穿透深度（y/d）与λ呈反比，归纳为下列穿透深度的经验公式：
¾斜交射流
2004年印尼海啸卫星云图
二、特点
（1）存在轴向分速度v x、径向分速度v r和切向分速度vθ（2）旋转强烈到一定程度时，喷嘴附近可形成回流区
度的关系分别证明两个特点。
旋风或旋流是由外围的自由漩涡和涡核的强制漩涡组成，二者整体叫做圆周漩涡
旋流数具体的计算方法还应视各种旋流装置的结构特点有所不同。
对于叶片式旋流器来说，只要知道旋流器的内外半径r
1和r
2
及叶
片安装角ψ，就可以求出它的旋流数。
可以看出，当s≤0.416时，速度成呈高斯分布；当s>0.6后，最大轴向速度开始偏离轴线，出现双峰式速度分布。
《燃烧学》课程教学大纲
《燃烧学》课程教学大纲课程名称：燃烧学课程编码：C12061学分：2.5 学时：48 实验学时：8适用（学科）专业：农业工程执笔人：何芳学科负责人签字：单位负责人签字：一、课程目的本课程从理论与实际应用的角度系统地阐述各种燃料的特性；燃料燃烧过程中着火、火焰传播、火焰稳定的基本理论；气体、液体、固体燃烧过程特性分析方法；以及加强燃料燃烧的各种技术。
使学生能全面分析燃烧现象，并从技术上改进燃烧状态。
二、本课程的学习要求本课程的预修课程是高等数学，流体力学，传热学等课程通过本课程的学习，应达到以下基本要求：1、了解燃烧学的研究对象，研究方法。
2、掌握燃烧过程涉及的基本概念、基本术语、气液固体燃料的特性和分析方法。
3、掌握燃烧过程的基本计算。
4、掌握着火理论、火焰传播理论、常用火焰稳定技术。
5、掌握气体、液体、固体燃烧器结构及功能。
6、了解燃烧产生的污染及防治方法。
三、教学内容与学时分配第一部分燃料 6学时燃料的种类，燃料的物理化学特性（元素分析、工业分析），气液固燃料的优缺点。
第二部分燃料的燃烧及计算 6学时燃烧计算原理，空气需要量，过量空气系数的概念、燃烧产物的组成。
燃料理论发热温度、理论燃烧温度的概念的及其计算方法，影响理论燃烧温度的因素。
第三部分燃料的燃烧方法与燃烧装置 6学时气体的预混燃烧和扩散燃烧，液体燃烧雾化器和燃烧器结构，固体的层燃、粉煤燃烧、流化床燃烧、沸腾燃烧等。
燃烧器的基本要求第四部分燃烧化学反应动力学基础 6学时化学反应速度、质量作用定律、热活化理论、链锁反应理论，反应速度的影响因素第五部分预混气体的着火理论 4学时着火概念、着火条件、温度、压力、浓度对着火界限的影响，炽热物体点燃、火焰点燃、电火花点燃理论。
第六部分预混气体的火焰传播-气体燃料的传播 6学时层流火焰传播速度的概念，火焰前锋的特点，火焰传播的影响因素、火焰传播界限、层流火焰的实验研究。
湍流火焰传播机理，湍流火焰传播的影响因素。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
提高热效率。
6
重庆大学能源与环境研究所
Institute of Energy & Environment, Chongqing University
（三）部分预混式燃烧特征
1. 部分预混式燃烧是指气体燃料和燃烧所需的部分空气在 喷出喷口前，在燃烧器中预先混合（一次空气系数一般为 0.5～0.6），在喷口外再和燃烧所需的其余二次空气逐步
所以在火焰锥体的内部，可燃气体混合物得到一定程度的
预热，这样在喷管中心线上流动的混合物的预热程度较其 他部分混合物高，所以在喷管中心线上应具有最大的火焰 传播速度。 (2)活化中心从火焰的反应区向火焰锥体的内部进行扩散， 这样在喷管中心轴线上所获得的活化中心亦较其他部分为 多，所以促使在中心轴线上的正常火焰传播速度为最大。
第一节 概述
气体的燃烧过程
扩散式燃烧火焰
部分预混式燃烧火焰 完全预混式燃烧火焰
热能与动力工程系
重庆大学能源与环境研究所
Institute of Energy & Environment, Chongqing University
任何一种气体的燃烧过程基本上都包括以下三个阶段：1）可燃
气体与空气的混合；2）混合后的可燃气体的加热和着火；3）完成燃烧 化学反应。
三、同轴伴随流射流扩散燃烧特性
1.扩散燃烧火焰形状 气体可燃物及空气分别在管径 为R1的内管和管径为R2的外管
中作层流流动，内、外管系同
心的；
管径为R2的外管一方面可看为 供给空气的“炉膛”，另一方 面它限制了火焰向外扩散。
扩散燃烧火焰形状 1－空气过剩时；2－可燃气体过剩时
20
重庆大学能源与环境研究所
玄定律)：
vH w cos
13
重庆大学能源与环境研究所
Institute of Energy & Environment, Chongqing University
三、火焰长度LB
LB z r 0 2 R w0 wR 3 uL
1. 当可燃气体混合物的流速及燃烧器管径越大时，则火焰
r2 w w0 1 R 2 wR
在管壁处r=R，混合物的流速w=wR。
12
重庆大学能源与环境研究所
Institute of Energy & Environment, Chongqing University
二、火焰传播速度
当火焰前沿在稳定不动的情况下，在火焰前沿某点处的 气体速度和火焰前沿移动的正常速度之间有如下关系(余
2. 同轴伴随流射流扩散燃烧：气体燃料和空气分别由环形喷管的内
管与外环管喷入燃烧室，形成同轴扩散射流。由于射流受到燃烧室容
器壁面的限制和周围空气流速的影响，为受限射流扩散火焰。
3. 逆向射流扩散燃烧：气体燃料和空气喷出的射流方向正好相反，
形成逆向喷流扩散火焰。
19
重庆大学能源与环境研究所
Institute of Energy & Environment, Chongqing University
长度LB越长；
2. 当可燃气体混合物的火焰传播速度越大时，则火焰长度 越短。
14
重庆大学能源与环境研究所
Institute of Energy & Environment, Chongqing University
四、燃烧器出口中心线上具有最大的火焰传播速度 (1)实际火焰燃烧过程中，火焰锋面不可能为一数学表面，
燃气与空气的混合是一种物理过程，需要消耗能量和一定的时间才能完
成。混合后的可燃气体只有加热到它的着火温度时才能进行燃烧反应；
着火以后，可燃气体的加热是靠其本身燃烧产生的热量而实现的。
影响气体燃料燃烧速度的主要矛盾不在燃烧反应本身，而在气体燃料与
空气的混合以及混合后的可燃气体的加热升温速度方面，可燃气体与空 气的混合与加热对整个燃烧过程起着更为重要的作用。
Institute of Energy & Environment, Chongqing University
第三节 气体燃料扩散式燃烧
扩散式燃烧主要特征 扩散式燃烧分类 同轴伴随流射流扩散燃烧特性
热能与动力工程系
重庆大学能源与环境研究所
Institute of Energy & Environment, Chongqing University
2. 燃烧主要在扩散区进行，燃烧速度的大小主要取决于混合速度，为 实现完全燃烧则需要较大的燃烧空间。为了减小不完全燃烧热损失，
要求较大的过量空气系数，一般 为1.15~1.25。
3.由于燃气和空气在进入炉膛前不混合，所以无回火和爆炸的危险， 可将燃料和空气分别预热到较高的温度，以利于提高炉内温度水平，
18
重庆大学能源与环境研究所
Institute of Energy & Environment, Chongqing University
二、扩散式燃烧分类
按照气体燃料和空气供入燃烧室的不同方式，扩散式燃烧可以有以下三 种情况：
1. 自由射流扩散燃烧：气体燃料以射流形式由燃烧器喷入大空间的 空气中，形成自由射流火焰。
一、扩散式燃烧主要特征
（1）气体燃料扩散式燃烧所需的空气将从火焰的外界依靠扩
散的方式来供给，故火焰的形状和火焰的表面积大小不再 是取决于火焰传播的速度，而是取决于气体燃料和空气之 间的混合速度； （2）不同流动工况，混合过程不同：层流工况下，混合过程 是纯粹依靠分子热运动的分子扩散；而在湍流工况下，混 合过程主要依靠微团扰动的湍流扩散。
Institute of Energy & Environment, Chongqing University
3.紊流工况下扩散燃烧的火焰长度
在紊流流动工况下，扩散燃烧的火焰核心的长度同样随 气体流速及燃烧器管径的增加而增加，但其增加的程度 将比层流工况下为小。
2 wR 3 0.84 T 2 LB DT 9 10 pRe DT 不论气体的流动工况为层流或为紊流，在化学非均匀的扩 散燃烧过程中，其火焰的性质在很大程度上取决于气体的 空气动力特性和混合过程的物理因素，而火焰核心的长度 基本上与火焰传播的正常速度无关。
1）圆截面燃烧器：
空气和气体可燃物在单位时间内的流量与 wR2 成正比，得：
LB ~ qv D
2
Hale Waihona Puke 所以在圆截面喷燃器中，在一定的气体流量下，其火焰长度 与速度、管径无关。
2）隙缝型形喷口：
气体流量正比于wR2，则：
LB ~ qv R2 D
22
式中的R2应理解为燃烧器喷口的宽度，m。
重庆大学能源与环境研究所
重庆大学能源与环境研究所
Institute of Energy & Environment, Chongqing University
第四节 气体燃料燃烧器
热能与动力工程系
重庆大学能源与环境研究所
Institute of Energy & Environment, Chongqing University
在层流运动工况下，化学均匀的
可燃气体混合物的火焰形状（即
动力火炬的形状）如图所示。
预先将可燃气体燃料及空气均匀混 合后的可燃气体混合物送入燃烧器 内，并且在可燃气体混合物中的空 气含量足以保证可燃气体燃料的完 全燃烧。 可燃预混气的动力燃烧
动力燃烧火焰形状
10
重庆大学能源与环境研究所
Institute of Energy & Environment, Chongqing University
8
重庆大学能源与环境研究所
Institute of Energy & Environment, Chongqing University
第二节 气体燃料预混式燃烧
流动速度分布规律 火焰传播速度
火焰长度LB
出口中心线上火焰传播速度 湍流火焰长度LB
热能工程系
重庆大学能源与环境研究所
Institute of Energy & Environment, Chongqing University
15
重庆大学能源与环境研究所
Institute of Energy & Environment, Chongqing University
五、湍流火焰长度
湍流工况下化学均匀可燃气体混合物的火焰形状亦是圆 锥体形的，对于可燃气体混合物在湍流工况下火焰核心
的长度亦可用下式：
L
T B
wR vT
16
重庆大学能源与环境研究所
混合并继续燃烧。
2. 它兼有扩散式燃烧和完全预混燃烧的特点，燃烧反应速 度很快，燃烧得以强化，火焰温度也提高了。有时也称为 半无焰燃烧。
7
重庆大学能源与环境研究所
Institute of Energy & Environment, Chongqing University
在锅炉设备中广泛采用扩散燃烧，保证火焰稳定； 同时利用人工的扰动和涡流的方法来加速可燃物和空气的 混合过程，强化燃烧。
3. 由于燃料和空气在燃烧前已均匀混合，所以有回火的危险，应严格
控制预热温度。为了防止回火和爆炸，燃烧器的燃烧功率不能太大。
5
重庆大学能源与环境研究所
Institute of Energy & Environment, Chongqing University
（二）扩散式燃烧特征
1. 扩散式燃烧时,由于燃料和空气在进入炉膛前没有预先混合，而是分 别送入炉膛后，一边混合，一边燃烧，燃烧速度较慢。其燃烧过程有 两个阶段，一是可燃气体和空气的混合阶段，二是化学反应阶段。