第三章燃烧室与燃烧汇总
第三章第4节 可燃混合气的形成
分隔式
涡流室 复杂
空间雾化 为主
预燃室 复杂
空间雾化
压缩涡流
要求较低 轴针式 10～15 大 难 16～20 低 <5000 <100
燃烧涡流
要求低 轴针式 8～13
最大 最难 18～22
低 <3500 160～200
要求高 多孔6～12
20～40 小
容易 12～15
高 <1500 >200
半开式
一般 空间雾化 为主（进气
涡流） 进气涡流
较强 要求较高 多孔4～6 18～25
较小 较易
16～18
高 <4000 <150
球形 一般
油膜蒸发
进气涡流 最强 一般
单孔或双孔 17～19 较小 难 17～19 较低 <2500 90～130
室壁面上，靠强烈的进气涡流将燃油在燃烧室壁面上摊布成
一层很薄的油膜，油膜受热逐层蒸发并与空气混合。
优点:燃烧柔和、无烟。
但是对空气涡流要求较高，适用于半开式(或球形)燃烧
室的小型高速柴油机。
2
二、影响混合气形成的因素
燃油 雾化质量
影响可燃混合 气形成的因素
燃烧室内空气 涡动情况
压缩终点 气缸热状态
优点：工作柔和，燃烧噪声
小，排烟少，过量空气系数
小，对燃油品质适应性强。
缺点：起动性能差（燃油雾
化差），变负荷性能差，高
低速运转性能差别大，在大
缸径上应用困难。
仅限于某些小型高速柴油机。
14
4、涡流室式燃烧室（主、副燃烧室）
燃油全部喷入副燃烧室， 空气沿通道进入副燃烧室， 形成可燃混合气并燃烧。
热力学工程与设备 第三章 燃料燃烧
1、元素分析法： C、H、O、N、S、A、M
C：煤中含量最多的可燃元素，一般含量为15-90%
以两种形式存在：
碳氢化合物：碳与氢、氮、硫等元素结合成有机化合物 碳呈游离状态
H、可燃元素，一般含量为 3-6%
以两种形式存在：
化合氢（H2O)：与氧化合成结晶水形式(不可燃 ） 自由氢：与化合物组成的有机物，如CnHm(可燃）
Qgr.ar Qnet .ar 单位燃料所生成的水由 C的液态水 0 变成20 C的水蒸气所吸收的热量
M ar H ar 18 Qgr.ar Qnet .ar 2500 ( ) 100 100 2 25( M ar 9 H ar )k J / k g
Qnet .ar Qgr.ar 25 M ar 225 H ar
n 18 1 Qgr Qnet 2500 ( H 2 2CH 4 H 2 S Cm H n ) 2 22.4 100 n 20.1( H 2 2CH 4 H 2 S Cm H n )kJ / Bm3 2 标准燃料的概念 规定: 热值为41820kJ/kg（约合10000kcal/kg）的气 体为标准气。
ar . f
f 分析基 C f % H f % O f % N 100 S f % A f % W f % 100 % % M
100
M ar M ad 100 M ad
（3）干燥基（干燥基）： 以无水的煤为基准而测出的煤各元素的质量百分组成。 干燥基
干燥基
Cd % H d % O d % N d % S d % Ad % 100 %
二、其它热工性质
1、固体燃料
（1）挥发分： 在隔绝空气的条件下，将一定量的镁杨在温度900℃下加 热7min，所得到的气态物质（不包括其中的水分） 组分：含矿物结晶水、挥发性成分和热分解产物 煤中挥发物含量影响燃烧的火焰长度及着火温度。 一般的：挥发物含量高时火焰长，着火温度低，易着火 （2）煤的粘结性 指粉碎过的煤粒在规定条件下干馏成焦，煤粒或与外加物 相粘结的强度。 粘结性强的煤：易结大块。 粘结性弱的煤：易堵塞炉栅。
燃烧室工作原理
燃烧室工作原理
燃烧室是内燃机中的一个重要组成部分，其主要功能是将燃油与空气混合并燃烧产生高温高压气体，驱动活塞运动。
燃烧室通常由气缸体、活塞、气缸盖和喷油喷嘴等部件组成。
燃烧室工作原理可以分为四个基本过程：进气过程、压缩过程、燃烧过程和排气过程。
首先是进气过程。
活塞在下行过程中，通过曲轴的转动带动进气门打开，使混合气体（由燃油和空气组成）进入燃烧室。
进气门关闭后，活塞开始上行，将进气气体压缩。
接下来是压缩过程。
活塞上升时，压缩气体的体积减小，压力增加。
在这个过程中，混合气体被压缩到较小的体积，使其温度和压力升高。
然后是燃烧过程。
在活塞接近顶点位置时，喷油喷嘴向燃烧室内喷射燃油。
燃油与空气混合后点燃，形成火焰。
燃烧产生的高温高压气体迅速膨胀，推动活塞向下运动，从而输出动力。
最后是排气过程。
当活塞接近下行过程的末尾时，排气门打开，将燃烧后的废气排出燃烧室。
然后活塞再次上行，完成一个工作循环。
总的来说，燃烧室是通过控制燃料的喷射、混合和点火，使其在高温高压状态下进行燃烧，转化为机械能。
这一过程是内燃机正常运行的基础，也是产生动力的关键。
工程燃烧学_3
第三章着火第三章着火（自燃与引燃）本章重点内容：1. 两种着火机理2. 两种着火类型3. 自燃着火4. 强制着火5. 着火范围（燃烧界限）第三章着火（自燃与引燃）着火是一个从不燃烧到燃烧的自身演变或外界引发的过渡过程，是可燃混合气的燃烧化学反应逐渐加速到反应速度即放热速度极快的、形成火焰或爆炸的过程。
因此，着火过程是一个受到化学反应速度控制的过程。
火焰的熄火过程则与着火过程相反，它是一个从极快的燃烧化学反应到反应速度极慢，以至不能维持火焰的形成或几乎停止化学反应的过程，也是一个化学反应速度控制的过程。
第三章着火（自燃与引燃）除化学动力学控制的燃烧外，实际上不同的燃烧过程受控于不同的物理或化学过程。
在实际的燃烧中，需进行可燃混合气的制备，可燃混合气的预热，激化分子的传输以及化学反应等一系列的相互关联的过程，其中进行得慢的环节决定着燃烧速度。
第三章着火（自燃与引燃）3.1 燃烧反应过程中浓度与温度的关系反应速度与温度的关系常用Arrhenius指数项或简单的指数T m的关系式表示。
反应速度只受初始反应物浓度影响的反应为简单反应或热反应；反应速度受中间产物或最终产物浓度影响的为复杂反应或自催化反应。
研究链反应的最常见的方法是保持体系在反应时的恒定以消除热反应对反应发展的影响，其反应速度式则是以初始反应、中间反应及最终反应中参与反应的各种组分间相互作用的“反应机构”来分析，并且是经实验验证决定的。
/E RTe−第三章着火（自燃与引燃） 3.1 燃烧反应过程中浓度与温度的关系图3-1 简单等温反应速度的衰减情况第三章着火（自燃与引燃）3.1燃烧反应过程中浓度与温度的关系对于绝热火焰温度，设火焰最高温度为，也可推导出式（3.6）。
由于能量损失，较绝热火焰温度Tf为低。
式（3.5）可写成这就是说显焓与化学焓之和在整个过程中始终不变，与热力学第一定律相吻合。
T∞V A V0A0V Ac T+H C c T H C c H Cρρρ∞∞Δ⋅=+Δ⋅=+Δ⋅T∞第三章着火（自燃与引燃） 3.1 燃烧反应过程中浓度与温度的关系图3-2 温升与反应物消耗间的关系第三章着火（自燃与引燃）3.2 着火条件3.2.1 热着火可燃混合剂在某一条件下由外界加热，如火花塞、热容器壁、压缩等，到达某一特定温度时，反应物在此温度下的放热速度大于散热损失的速度，则多余的热量使混合剂温度增高，然后又使反应速度增加，从而混合剂的温度得以连续加速地增高知道放热速度达到很高的数值，于是就发生“着火”燃烧。
燃烧学讲义—第三章
第3章着火和灭火理论3.1 着火分类和着火条件3.1.1 着火分类可燃物的着火方式，一般分为下列几类：1）化学自燃：例如火柴受摩擦而着火；炸药受撞击而爆炸；金属钠在空气中的自燃；烟煤因堆积过高而自燃等。
这类着火现象通常不需要外界加热，而是在常温下依据自身的化学反应发生的，因此习惯上称为化学自燃。
2）热自燃：如果将可燃物和氧化剂的混合物预先均匀地加热，随着温度的升高，当混合物加热到某一温度时便会自动着火（这时着火发生在混合物的整个容积中），这种着火方式习惯上称为热自燃。
3）点燃（或称强迫着火）：是指由于从外部能源，如电热线圈、电火花、炽热质点、点火火焰等得到能量，使混气的局部范围受到强烈的加热而着火。
这时火焰就会在靠近点火源处被引发，然后依靠燃烧波传播到整个可燃混合物中，这种着火方式习惯称为阴燃。
大部分火灾都是因为阴燃所致。
必须指出，上述三种着火分类方式，并不能十分恰当地反映出它们之间的联系和差别。
例如，化学自燃和热自燃都是既有化学反应的作用，又有热的作用；而热自燃和点燃的差别只是整体加热和局部加热的不同而已，决不是“自动”和“受迫”的差别。
另外，火灾有时也称爆炸，热自燃也称热爆炸。
这是因为此时着火的特点与爆炸相类似，其化学反应速率随时间激增，反应过程非常迅速，因此，在燃烧学中所谓“着火”、“自燃”、“爆炸”其实质都是相同的，只是在不同场合叫法不同而已。
3.1.2 着火条件通常所谓的着火是指直观中的混合物反应自动加速，并自动升温以至引起空间某个局部最终在某个时间有火焰出现的过程。
这个过程反映了燃烧反应的一个重要标志，即由空间的这一部分到另一部分，或由时间的某一瞬间到另一瞬间化学反应的作用在数量上有突跃的现象，可用图3-1表示。
上图3-1表明，着火条件是：如果在一定的初始条件下，系统将不能在整个时间区段保持低温水平的缓慢反应态，而将出现一个剧烈的加速的过度过程，使系统在某个瞬间达到高温反应态，即达到燃烧态，那么这个初始条件就是着火条件。
燃烧机工作原理
燃烧机工作原理引言概述：燃烧机是一种常见的热能转换设备，广泛应用于工业生产和生活中。
其工作原理主要是利用燃料的燃烧产生的热能来驱动机械设备或产生热水蒸汽等。
下面将详细介绍燃烧机的工作原理。
一、燃料供给1.1 燃料的选择：燃烧机使用的燃料种类多样，包括燃油、天然气、煤等，根据不同的应用场景和需求选择合适的燃料。
1.2 燃料的输送：燃料需要通过管道输送到燃烧机内部，通常通过泵或者压力系统将燃料送入燃烧室。
1.3 燃料的混合：燃料需要与空气混合才能进行燃烧，通常通过喷嘴或者喷嘴系统将燃料喷入燃烧室内。
二、空气供给2.1 空气的进入：空气是燃烧的必要条件之一，通过空气进入燃烧机的空气滤清器和风扇等设备，确保空气的质量和流量。
2.2 空气的调节：空气的流量和比例需要根据燃烧机的工作状态进行调节，通常通过风门或者风量调节器来实现。
2.3 空气的预热：为了提高燃烧效率和减少污染物排放，通常会对空气进行预热处理，通过预热器或者换热器来实现。
三、点火和燃烧3.1 点火系统：燃烧机通常采用电火花或者火焰点火系统来点燃混合气体，确保燃烧的稳定和可靠。
3.2 燃烧室：燃烧室是燃烧机内部进行燃烧的空间，通过点燃混合气体产生高温高压的燃烧气体。
3.3 燃烧过程：燃烧过程是燃烧机的核心部分，燃料和空气在燃烧室内燃烧产生热能，驱动机械设备或者产生热水蒸汽等。
四、热能传递4.1 热能的产生：燃烧产生的热能通过燃烧室内壁和热交换器传递给工作介质，如水或者空气。
4.2 热交换器：热交换器是燃烧机内部的重要组成部分，用于将热能传递给工作介质，并提高热能利用率。
4.3 热能利用：通过热交换器将热能传递给工作介质，实现热能的利用和转换，满足工业生产和生活需求。
五、排放处理5.1 烟气处理：燃烧产生的烟气中含有大量的污染物，需要通过烟气处理系统进行处理，减少对环境的影响。
5.2 排放控制：燃烧机的排放需要符合国家和地方的排放标准，通过排放控制设备来控制和监测排放。
燃烧与爆炸学第三章着火理论
2θ y12
(
x0 z0
)
2θ z12
ΔHC
KnC
n A0
Ex02
KRT02
e E / RT
论
3.3.1弗兰克-卡门热自燃理论概述
3.3
2
x12
( x0 )2 y0
2
y12
(
x0 z0
)
2
z12
HC KnCAn0 KRTa2
Ex02
eE / RT
弗
兰
δ
ΔHC
K
nC
n A0
Ex02
KRT02
e E /(RT0 )
3.3.1弗兰克-卡门热自燃理论概述
3.3
2
x12
( x0 )2 y0
2
y12
(
x0 z0
)
2
z12
exp( )
弗
-
兰 克 卡
相应边界条件为：在边界面 z1=f (x1,y1) 上， =0；在
论 愈大，或容器壁面积A愈小，混合气着火的临界压力Pc也
愈低，即愈有利于着火。
3.3
大Bi数条件下，物质体系 内部温度分布不均匀。
弗 兰 克
-
卡
门
热
自
燃
理 论
（a）谢苗诺夫模型
（b）弗兰克-卡门涅次基模型
3.3.1弗兰克-卡门热自燃理论概述
3.3
F-K自燃理论认为：自热体系能否着火，取决于
该体系能否得到稳态温度分布。体系得不到稳态温
3.3
-
弗 兰 克 卡 门
x1 x / x0
03第三章燃烧流体力学
ma x j
Sh
如果以φ表示任何标量参数，则上述诸方程均 可写成下列通用形式：
t
' '
x j
vi vi' ' vi ' ' ' vi' ' vi' '
x j
Γ
x j
S
当采用时间平均方法后，时平均方程中将出
现一些新的未知关联项，忽略密度脉动三阶
关联项，剩下的即
Tm Tm T 0.7 T0 T0 T ax 0.29
R0
实验常数a=0.07~0.08， x为某截面到喷嘴的距 离。
二、气固多相射流的流动特性
由于颗粒相的存在，使多相射流的流动特性 变得更为复杂。目前由于理论上和试验技术 上的困难，即使对最简单的多相自由射流研 究得也很不够，更不用说工程中使用的复杂 形式的多相射流了。为了能对多相射流的流 动特性有一个初步的了解，根据目前已有的 关于多相射流流动特性的试验数据，并把多 相射流按其浓度的大小分成低浓度多相射流 和较高浓度的多相射流两种情况予以讨论。
（1）连续性方程
t
x j
(v j
)
0
在直角坐标系中，xj (vj ) 可写成下列分量形式：
(u) (v) (w)
x
y
z
表示进入单位体积的净流率等于密度的增加 率。
（2）动量方程
(v)
t
x j
(
v
j
vi
)
x
ij j
Svi
ij
p ij
( vi
x j
v j xi
)
2
3
vi x j
较高浓度的多相射流具有下列几方面的特点。
- 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)。
• 1．空气涡流的形式 • 柴油机气缸内空气绕气缸轴线有规
则地流动称空气涡流(或称旋流)。通常， 在燃烧室中的空气总是多少有些运动， 但这种自然形成的空气流动很弱而且 没有规律，对混合气的形成没有明显 的影响。因此，为了形成空气的涡流， 必须采取专门的措施。目前在柴油机 中采用的空气涡流主要有以下几种形 式。
• 5).湍流 • 在ห้องสมุดไป่ตู้缸中形成的无规则的气流
运动称为湍流.在柴油机上组织适 当的湍流可以改善燃油(特别是在 壁面附近的燃油)与空气的混合.
• 2.空气涡流的作用 • 在燃烧室中空气涡流对混合气形成
的作用主要有： • (1)可促使油束分散，增大混合 范围。空气的涡流可使油束外围的 细小油粒偏向空气涡流轨迹，从而 使油粒分散到更大的容积去。涡流 越强，气流对油束的吹散作用越大， 即加速燃前混合。 •
以避免过高的放热峰值，最大压力 升高率，最高爆炸压力。同时，要 加速中、后期的混合和燃烧速度。 • （3）要充分利用燃烧室内的一切 空气，使之参与混合。要使活塞顶 隙、气阀坑等处的空间尽量小，以 提高实际的过量空气系数。
• （4）在充分利用进气涡流的同时，
要尽量组织挤压涡流，以便于组织 燃烧室空间内的复合涡流。要使整 个混合气形成过程和燃烧过程在各 种涡流的促进下进行。 • （5）在混合气形成过程中，要尽 量发挥喷油过程，气流运动和燃烧 室结构、形状的作用，并使三者配 合，以便加速和完善油气混合。
• (2)热混合作用。在发生燃烧之后，
燃烧室中空气的旋转涡流可使新鲜 空气与燃气在密度差作用下发生分 离运动。密度较小的燃气趋向燃烧 室中心运动，而把密度较大的新鲜 空气由燃烧室中心挤向燃烧室外缘。 以此促进空气与未燃燃油混合。这 种混合作用称为热混合。
• 二、可燃混合气形成方法
• •
1．空间雾化混合法 可燃混合气是在燃烧室空间形成的。因 此，燃油必须喷射到燃烧室空间并与燃烧 室形状相适应。不允许燃油喷射到燃烧室 壁面上，否则会冒黑烟和结炭。显然，使 燃烧室中的油束尽快蒸发、混合，主要取 决于燃油的油束特性(雾化质量和油束几 何形状)和空气的涡动状态两方面因素。
• （4）压缩终点的缸内热状态。压缩
终点的缸内热状态即为压缩终点缸 内空气压力、温度以及空气涡流等， 对燃油的雾化质量、可燃混合气的 形成都有影响。 • （5）燃烧室类型。燃烧室的类型是 多种多样的，对不同的燃烧室，其 形成的空气涡流的强弱及涡动方式 会有很大区别，因而在形成可燃混 合气时也有显著差异。
• 一.缸内气体的流动 • 燃油经喷油孔喷在静止空气中的雾化
状态及混合。 • 扰动的影响：受扰动气流作用后，油 粒所走的轨迹发生了不同变化，中心 部分大油粒惯性大，随扰动气流偏转 小；小油粒则相反，易被携带，油束 中心的燃油就易裸露在空气中，加速 与空气的混合。
• 因此，空气扰动吹散了油束，扩大了
• 3)压缩涡流
•
在压缩行程中，气缸中的空气被 活塞挤压经过通道进入祸流室中，形 成强烈的有规律的旋转运动，称压缩 涡流。为此，燃烧室必须分为主、副 (涡流室)两室.
• 4)燃烧涡流 • 利用在预燃室中部分燃油燃烧
产生的能量，使预燃室中的混合气 高速喷入主燃室造成主燃室空气的 强烈涡动称燃烧涡流。此种涡流可 显著加速主燃室中的混合与燃烧。 为此，燃烧室领分为主、副(预燃 室)两室.
• 1)进气祸流 • 在空气进入气缸的过程中借助
于它所具有的动能形成绕气缸中心 线旋转的运动称为进气涡流。 • 如在四冲程柴油机上采用带导气屏 的进气阀，采用切向进气道、螺旋 进气道，以及在二冲程柴油机上采 用具有切向倾斜角的进气口等。
• 2)挤压涡流
•
在压缩行程期间，当活塞接近上止点时， 活塞顶上部环形空间的空气被挤入活塞顶 中部的凹坑容积中，这种空气流动称挤压 涡流，简称挤流。同理，当活塞下行时凹 坑容积内的气体又向外流向环形空间而产 生膨胀流动(或称逆挤流)。在实际柴油机中， 由于活塞环漏气及空气的粘性、传热损失 等原因，挤流对混合的作用不明显，而逆 挤流对混合与燃烧的影响却较为明显。
• 由于柴油机机型不同，有不同的燃 烧室和不同的转速，因而影响可燃 烧混合气形成的因素亦有区别，现 综合主要影响因素如下： （1）燃油的雾化质量。良好的雾化质 量对于形成可燃混合气具有重要作 用，喷射系统必须使喷入气缸的燃 油达到燃烧室所要求的雾化质量。
• （2）燃烧室空气涡流。燃烧室空气涡动
可促使油束分散，增大混合的范围，改 善燃油的空间分布状态。空气运动能促 使油粒分散到更大的空间里去。 • （3）喷油器喷孔数目及孔径。喷油器喷 孔数目及孔径大小，不但与雾化质量有 关，而且还与空气涡流的强度有关。喷 油孔数目及孔径要根据缸内涡流情况及 所要求的雾化质量来确定。
• 第四节 可燃混合气的形成 • 可燃混合气是指出气态燃油与
空气组成的一种混合气，其组成和 状态应保证它易于在气缸内发火燃 烧。根据柴油机的工作原理可知、 它必须采用内部混合方法形成可燃 混合气，即燃油的喷射、雾化、蒸 发与空气混合形成可燃混合气的全 过程均发生在气缸内部。
• 混合气形成过程是控制和决定燃烧过
• 不同类型的柴油机对这两方面因素的
依赖程度不同： • 船用大、中型柴油机和低速机主要依 赖于燃油的喷雾(可称为油雾法)．而 较少依赖空气涡动。所以这种柴油机 对喷射设备的工作要求较高(如要求高 压喷射、多孔喷射等)，对喷射设备工 作的变化极为敏感.
程的关键因素。它在喷油过程与燃烧 过程之间起着承上启下的纽带作用。 • 为保证后续的燃烧过程能取得良好的 效果，柴油机对混合气形成过程有下 列共同的要求： • （1）在柴油机所要求的极短时间内， 燃油要能快速地破碎、雾化、吸热、 汽化、扩散至空气中，并与空气混合 成有一定浓度的可燃混合气。
• （2）要适当减少着火前的供油量，