第四章液体燃料的燃烧理论

连续方程: 连续方程: 4πr02 ρ 0 v 0 = 4πr 2 ρv = G 动量方程: 动量方程: 扩散方程 能量方程
2．基本方程及求解
p = const
2
G —总蒸发速率
（液滴与环境无相对速度） 液滴与环境无相对速度）
df i d df i 2 4πr ρv − (4πr Di ρ )=0 dr dr dr
水蒸气蒸发的质量流正好等于总质量流， 水蒸气蒸发的质量流正好等于总质量流，即Stefan流。 流
22
2．碳在纯氧中的燃烧 ．
C + O2 → CO 2
12
碳表面
32
44
f O2 + f CO2 = 1
( ∂f O2 ∂y )0 = −( ∂f CO2 ∂y )0
23
2．碳在纯氧中的燃烧 ．
氧扩散流
（1）液滴与环境无相对速度，只有Stefan流引起 的球对称一维流动； （2）忽略热辐射和热解离（例：CH4→C+2H2）； （3）过程是准定常的，即不考虑液面的内移效应； （4）火焰面为一几何面，火焰面上 f f = f ox = 0 。
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2．基本方程及求解
基本方程（球坐标下） （1）基本方程
2
—单位质量液体的蒸发热 单位质量液体的蒸发热， q e = L + C l (T0 − Tl ) 单位质量液体的蒸发热
df i 2 − 4πr0 Di 0 ρ 0 ( ) 0 + 4πr0 f i 0 ρ 0 v0 = f il (4πr02 ρ 0 v0 ) dr
气体扩散流 Stefan流 流 携带的该组分 液体蒸发引起的 液滴消耗量
bD = bT = b
bT ≡ C P (T − T∞ ) qe 2
bDi ≡
f i − f i∞ f i 0 − f il
( ρvr )
db d db − ρa ( r 2 ) = 0 dr dr dr
（* ）
Le =
边界条件
r = r0 处
bT 0 = bD 0 = b0
db ρ v = ( ρa ) 0 ( ) 0 dr
5
关于汽油标号
汽油标号简单讲就是抗爆系数，或者叫辛烷值。 汽油标号 所谓90号、93号、97号无铅汽油，是指它们分别含有 90％、93％、97％的抗爆震能力强的“异辛烷”，也 就是说分别含有10％、7％、3％的抗爆震能力差的正 庚烷。
6
爆震： 爆震：
所谓爆震，是经过压缩的油和空气混合物， 所谓爆震，是经过压缩的油和空气混合物，在火花塞 还没点火之前，就因为被压缩行程所造成的气体分子 还没点火之前， 运动产生的高热点燃，形成所谓的自燃现象。 运动产生的高热点燃，形成所谓的自燃现象。
2
第四章 液体燃料的燃烧理论
中国十大油田2009年产量 年产量 中国十大油田 序号 名称 生产原油 天然气（亿立方米） 位于 （万吨） 1 大庆 4000.03 30.04 黑龙江 2 胜利 2791 山东 3 长庆 1572 190 陕甘宁蒙晋 4 渤海 1350 渤海湾 5 延长 1121 陕西 6 新疆 1089 36 新疆 7 辽河 1018.6 8.1 辽宁、内蒙 8 塔河 660 13.45 新疆 9 吉林 605 吉林 10 塔里木 554 180.91 新疆
10
锅炉常用的燃油： 锅炉常用的燃油：
1．重油——从广义上说，密度较大的油都可以 称为重油。 2．渣油——是减压蒸馏塔塔底的残留油。 （含硫量较高） 3．柴油——轻柴油 高速柴油机燃料；大中型 火电厂锅炉点火用油； 重柴油 中速和低速柴油机燃料； 燃油锅炉燃料。
11
关于重油： 关于重油：
重油是由裂化重油、减压重油、常压重油或蜡油等按 不同比例调合制成的。 重油牌号（行业标准）——20、60、100、200等4个。 （大型锅炉用100、200号） 牌号的数值约等于该油的 o E50 (50℃时的恩氏粘度)。
4
2009年世界主要国家石油产量排名 年世界主要国家石油产量排名: 年世界主要国家石油产量排名 1.俄罗斯 4.96亿; 2.沙特阿拉伯 4.1亿吨; 3.美国 2.67亿吨; 4.中国 1.89亿吨; 5.伊朗 1.86亿吨; 6.墨西哥; 7.加拿大; 8.伊拉克; 9.科威特; 10.阿联酋。
* 液滴越细（越小），蒸发速率越大。 液滴越细（越小），蒸发速率越大。 ），蒸发速率越大
或
g 0 = ρ 0 v0 =
ρa
1 2 1 r0 ( − ) r0 r∞
ln(b∞ − b0 + 1)
* 液滴越细（越小），蒸发速率越大。 液滴越细（越小），蒸发速率越大。 ），蒸发速率越大
f il
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—液相内任一组分的质量相对浓度，燃料 液相内任一组分的质量相对浓度， 液相内任一组分的质量相对浓度
f fl = 1 ，空气
f al = 0
r →∞
T = T∞
f f = f f∞
2．基本方程及求解
（3）物理量变换 无因次量 代入，得边界条件、扩散方程和能量方程。 代入，得边界条件、扩散方程和能量方程。 假定：传质和传热过程相似， 假定：传质和传热过程相似， 此时 方程式
相界面上有物理或化学变化存在， 相界面上有物理或化学变化存在，同时表面附近 物理或化学变化存在 有扩散的相互影响。 有扩散的相互影响。 产生或消耗一定的质量流
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第三节 液滴的蒸发
一、相对静止高温环境下液滴的蒸发
1．模型假定
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液滴蒸发界面内、 图4-4 液滴蒸发界面内、外温度和浓度分布
一、相对静止高温环境下液滴的蒸发
3
第四章 液体燃料的燃烧理论
美国《油气杂志》日前公布 美国《油气杂志》日前公布2009年度世界主 年度世界主 要国家的石油产量,中国仅次于俄罗斯、沙特 要国家的石油产量 中国仅次于俄罗斯、 中国仅次于俄罗斯 阿拉伯、美国 排名世界第四,占世界石油总产 排名世界第四 阿拉伯、美国,排名世界第四 占世界石油总产 量的5.4%。根据中国石化协会最新发布的统 。 量的 计数据,2009年,中国石油产量为 年 中国石油产量为 中国石油产量为1.89亿吨 亿吨。 计数据 亿吨
g CO2 ⋅0 = − D0 ρ 0 (
∂f CO2 ∂y
) 0 + f CO2 ⋅0 ρ 0 v0
g 0 = g O2 ⋅0 + g CO2 ⋅0
32 12 = ρ 0 v0 = − g CO2 ⋅0 + g CO2 ⋅0 = g CO2 ⋅0 44 44
（总质量流）
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Stefan流发生的充分和必要条件是： 流发生的充分和必要条件是： 流发生的充分和必要条件是
J O2 ⋅0 = − D0 ρ 0 (
氧物质流
∂f O2 ∂y
) 0 = D0 ρ 0 (
∂f CO2 ∂y
) 0 = − J CO2 ⋅0
g O 2 ⋅0 = −
比较后发现：
32 g CO 2 ⋅0 44
单靠分子扩散流不能满足反应之间质量流的当量关系。
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2．碳在纯氧中的燃烧 ．
g O 2 ⋅0 = − D 0 ρ 0 ( ∂f O2 ∂y ) 0 + f O 2 ⋅0 ρ 0 v 0
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第一节 液体燃料燃烧的特点
一、燃烧方式
◆ ◆ ◆
液面燃烧 预蒸发型 喷雾型
13
液面燃烧的特点： 液面燃烧的特点：
（1）液体内部温度低于其表面温度； （2）液面温度低于着火条件所要求的温度； （3）液体燃料燃烧常常是扩散燃烧。
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二、喷雾方式燃烧的几种物理模型
1．预蒸发型气体燃烧 ． 2．滴群扩散燃烧 ． 3．复合燃烧 ． 4．部分预蒸发型气体燃烧加液滴蒸发 ．
D =1 a 0 0
r →∞处
bT∞ = bD∞ = b∞ = 0
31
2．基本方程及求解
（4）求解液滴蒸发速度 g 0 和蒸发时间 τ 式积分2 代入边界条件，得液滴蒸发速率： 对（*）式积分2次，代入边界条件，得液滴蒸发速率：
G = 4πr02 ρ 0 v0 = 4πρa 1 1 1 − r0 r∞ ln(b∞ − b0 + 1)
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a.预蒸发型气体燃烧 a.预蒸发型气体燃烧 b.滴群扩散燃烧 b.滴群扩散燃烧 c.复合燃烧 c.复合燃烧 d.部分预蒸发型气体 d.部分预蒸发型气体 燃烧加液滴蒸发
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图4-1 液雾气流燃烧物理模型
三、加速液体燃料燃烧过程的基本措施
1．加速液体燃料的蒸发过程 ． 雾化（增大蒸发表面）；油掺水。 雾化（增大蒸发表面）；油掺水。 ）；油掺水 2．加速液体燃料与空气的混合过程 ． 3．防止或减少液体燃料化学热分解 ． 碳黑；尾部再燃烧。 碳黑；尾部再燃烧。
第四章 液体燃料的燃烧理论
一、液体燃料燃烧的特点 二、Stefan(斯蒂芬)流 Stefan(斯蒂芬 斯蒂芬) 三、液滴的蒸发 四、液滴的燃烧
1
第四章 液体燃料的燃烧理论
多数液体燃料都是从石油中炼制出来的。 石油是由有机物质在古地质年代沉积而成。最重要的来源是单细 胞植物（如海藻类）和单细胞动物（如有孔虫类—它们比珊瑚在 地球上出现的时间还早，而且一直繁衍至今。）。 石油（原油）——主要由碳氢化合物组成（烃），还有非烃化合 物，含量最多的是胶状沥青状物质。 直接蒸馏法——分馏出汽油、煤油、柴油等，剩下重油。
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Stefan(斯蒂芬 斯蒂芬) 第二节 Stefan(斯蒂芬)流
Stefan流——在扩散的相互干涉和物理 Stefan流——在扩散的相互干涉和物理 或化学过程作用下，相界面处产生一个 或化学过程作用下， 法向净物质流， 法向净物质流，这个质量流不是外部因 素造成的，而是表面本身的特点形成的。 素造成的，而是表面本身的特点形成的。