火焰传播与稳定理论打印版概要
合集下载
燃烧理论第四讲火焰传播理论共39页文档
燃烧理论第四讲ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ焰传播理论
11、获得的成功越大，就越令人高兴 。野心 是使人 勤奋的 原因， 节制使 人枯萎 。 12、不问收获，只问耕耘。如同种树 ，先有 根茎， 再有枝 叶，尔 后花实 ，好好 劳动， 不要想 太多， 那样只 会使人 胆孝懒 惰，因 为不实 践，甚 至不接 触社会 ，难道 你是野 人。(名 言网) 13、不怕，不悔(虽然只有四个字，但 常看常 新。 14、我在心里默默地为每一个人祝福 。我爱 自己， 我用清 洁与节 制来珍 惜我的 身体， 我用智 慧和知 识充实 我的头 脑。 15、这世上的一切都借希望而完成。 农夫不 会播下 一粒玉 米，如 果他不 曾希望 它长成 种籽； 单身汉 不会娶 妻，如 果他不 曾希望 有小孩 ；商人 或手艺 人不会 工作， 如果他 不曾希 望因此 而有收 益。-- 马钉路 德。
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
谢谢！
11、获得的成功越大，就越令人高兴 。野心 是使人 勤奋的 原因， 节制使 人枯萎 。 12、不问收获，只问耕耘。如同种树 ，先有 根茎， 再有枝 叶，尔 后花实 ，好好 劳动， 不要想 太多， 那样只 会使人 胆孝懒 惰，因 为不实 践，甚 至不接 触社会 ，难道 你是野 人。(名 言网) 13、不怕，不悔(虽然只有四个字，但 常看常 新。 14、我在心里默默地为每一个人祝福 。我爱 自己， 我用清 洁与节 制来珍 惜我的 身体， 我用智 慧和知 识充实 我的头 脑。 15、这世上的一切都借希望而完成。 农夫不 会播下 一粒玉 米，如 果他不 曾希望 它长成 种籽； 单身汉 不会娶 妻，如 果他不 曾希望 有小孩 ；商人 或手艺 人不会 工作， 如果他 不曾希 望因此 而有收 益。-- 马钉路 德。
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
谢谢！
第五章火焰传播和火焰稳定性
长度较长
长度较短
火焰稳定，表面光滑
火焰抖动，呈毛刷状
燃烧时较安静
燃烧时有噪声
流动面积小，粘度系数大 流动面积大，粘度系数小
湍流火焰传播
特点：
• 湍流使火焰面变弯曲，
层 流
湍 流
增大反应面积
火
火
• 湍流加剧了热和活性
焰
焰
中心的输运速率，增
大燃烧速率
• 湍流缩短混合时间， 提高燃烧速率
• 湍流燃烧，燃烧加强， 反应率增大
T0
层流火焰传播速度是与预混气的物理化学性质有关
宏观角度分析：
L u L
在固定火焰、稳定燃烧条件下：
导入热量
QD
Tm
L
T0
/ A
获得热焓量 Q h u L A 0C P (Tm T 0)
Q
A
t
Q mC p t
火焰传播速度
a
uL
dT dx C
2 Tm
WQdT
Ti
dT dx
p
uL
0 C p Ti
T0
则求得传播速度为：
uL
Tm
2 WQdT Ti
2 0
C
2 P
Ti T0
2
层流火焰传播速度uL表达式（3）
因为预热区反应速度很小
Ti
u L d 3 pr 2 k d
优点 • 可测定不同压力下、温度 下的以及高压情况下的火焰 传播速度 • 只适用火焰传播速度快的混合气
移动火焰测量法
平面火焰法
火焰传播与稳定理论打印版讲解
火焰稳定的基本原理
• 要保证火焰前沿稳定在某一位置上，可燃物向前 流动的速度等于火焰前沿可燃物传播的速度，这 两个速度方向相反，大小相等，因而火焰前沿就 静止在某一位置上。
• 当预混气体流量很小时、使得出口断面上的流动 速度总是小于火焰传播速度时，火焰就会向管内 传播，造成回火。
• 若流速过高，则会造成吹灭。
0
• 介质的连续性方程
0u0 xux
• 未反应区方程
d dx
(
dT dx
)
cP 0u0
dT dx
dT x : dx 0,T T0 x 0 :T TB
• 进行一次积分可得
( dT
dx
)
cP 0u0 (T
T0 )
• 再次进行积分求解可得
0u0cp x
影响火焰正常传播速度的主要因素 -燃料化学结构的影响
对于饱和碳氢化合物（烷烃类），其最大 火焰速度(0.7m/s)几乎与分子中的碳原子 数n无关；
对于一些非饱和碳氢化合物（无论是烯烃 还是炔烃类），碳原子数较小的燃料，其 层流火焰速度却较大。
差异是由热扩散性不同所造成，这种热扩 散性和燃料分子量有关。
cos
dr
uH
(dr)2 (dz)2 w
dz w2 uH 2
dr
uH
w 2
uH
1 dz w dr uHΒιβλιοθήκη • 火焰形状z
1 uH
w0
wR R r
w0 3
R
r3 R2
•火炬着火区长度计算公式
火焰传播与稳定理论打印版概要课件
灭火技术研发
基于火焰传播与稳定理论，可以研究新型的灭火技术和方法，例如定向爆破、抑制火焰传播等，提高灭火效果和 安全性。
05
火焰传播的未来研究方向
高温燃烧的火焰传播研究
总结词
研究高温燃烧条件下火焰传播的特性、机制和规律，为高效、环保的燃烧技术提供理论支持。
详细描述
随着能源需求的增加和环保要求的提高，高温燃烧技术成为研究的热点。高温燃烧的火焰传播具有不 同于常温燃烧的特性，如更快的传播速度和更复杂的化学反应过程。因此，研究高温燃烧的火焰传播 对于提高燃烧效率、降低污染物排放具有重要意义。
感谢您的观看
THANKS
火焰传播的稳定性分析
1 火焰传播的稳定性定义
火焰传播的稳定性是指火焰在受到扰动 后能否保持稳定传播的能力。如果火焰 在受到扰动后能够恢复稳定传播，则称 其为稳定的；反之，则为不稳定的。
2
线性稳定性分析
线性稳定性分析是一种常用的方法，通 过求解偏微分方程的线性化版本，可以 得到火焰传播的稳定性条件。这种方法 可以确定火焰是否对某些类型的扰动具 有稳定性。
3
非线性稳定性分析
对于更复杂的扰动，需要采用非线性稳 定性分析方法。这种方法考虑了非线性 效应，可以更准确地预测火焰的稳定性 行为。
火焰传播的数值模拟方法
数值模拟的重要性
由于火焰传播过程的复杂性，解析方法很难得到精确解。因此，数值模拟成为研究火焰传 播过程的重要手段。
数值方法的选取
常用的数值方法包括有限差分法、有限元法和有限体积法等。选择合适的数值方法需要考 虑计算精度、计算效率和数值稳定性等因素。
火焰传播与稳定理论打印 版概要课件
目录
• 火焰传播基础 • 火焰传播理论 • 火焰传播的影响因素 • 火焰传播的应用 • 火焰传播的未来研究方向
基于火焰传播与稳定理论，可以研究新型的灭火技术和方法，例如定向爆破、抑制火焰传播等，提高灭火效果和 安全性。
05
火焰传播的未来研究方向
高温燃烧的火焰传播研究
总结词
研究高温燃烧条件下火焰传播的特性、机制和规律，为高效、环保的燃烧技术提供理论支持。
详细描述
随着能源需求的增加和环保要求的提高，高温燃烧技术成为研究的热点。高温燃烧的火焰传播具有不 同于常温燃烧的特性，如更快的传播速度和更复杂的化学反应过程。因此，研究高温燃烧的火焰传播 对于提高燃烧效率、降低污染物排放具有重要意义。
感谢您的观看
THANKS
火焰传播的稳定性分析
1 火焰传播的稳定性定义
火焰传播的稳定性是指火焰在受到扰动 后能否保持稳定传播的能力。如果火焰 在受到扰动后能够恢复稳定传播，则称 其为稳定的；反之，则为不稳定的。
2
线性稳定性分析
线性稳定性分析是一种常用的方法，通 过求解偏微分方程的线性化版本，可以 得到火焰传播的稳定性条件。这种方法 可以确定火焰是否对某些类型的扰动具 有稳定性。
3
非线性稳定性分析
对于更复杂的扰动，需要采用非线性稳 定性分析方法。这种方法考虑了非线性 效应，可以更准确地预测火焰的稳定性 行为。
火焰传播的数值模拟方法
数值模拟的重要性
由于火焰传播过程的复杂性，解析方法很难得到精确解。因此，数值模拟成为研究火焰传 播过程的重要手段。
数值方法的选取
常用的数值方法包括有限差分法、有限元法和有限体积法等。选择合适的数值方法需要考 虑计算精度、计算效率和数值稳定性等因素。
火焰传播与稳定理论打印 版概要课件
目录
• 火焰传播基础 • 火焰传播理论 • 火焰传播的影响因素 • 火焰传播的应用 • 火焰传播的未来研究方向
浙大高等燃烧学火焰传播与稳定_程乐鸣_2013_9
第三节 火焰正常传播
• 主要内容
–影响火焰正常传播速度的主要因素。 –火焰传播界限。 –火焰正常传播速度的测量。
影响火焰正常传播速度的主要因素
• • • • • • • • 过量空气系数 燃料化学结构 添加剂 混合可燃物初始温度T0 火焰温度 压力 惰性物质含量 热扩散系数和比热
基于理论公式分析，关注推导 过程中的假设等条件变化
Tr
T0
wdT
分区近似解是精确求解 法的一个一次逼近值
Tanford等的扩散理论
• 原理： 认为凡是燃烧均属于链式反应，在链式反应中借 助于活性分子的作用，使混气变为燃烧产物。 • 对于层流火焰中的某些反应，活性物质向未燃气体的扩散 速度，能决定火焰速度的大小。 • 在对潮湿一氧化碳火焰中原子和自由基浓度的平衡态进行 计算结果表明，氢原子的平衡浓度是确定火焰速度的一个 重要因素，并确定了质扩散和导热对火焰中产生氢原子的 相对重要性，且证明扩散过程是控制过程，他们在此基础 上提出了火焰速度方程。
化学反应速度与组分相关
结 果
2 T 2 sl wqdT 2 T 0 c p (Tb T0 ) 02 c 2 ( T T ) p b 0
r b
Tr
Tb
wqdT
uH
2 wqdT
T0 2 02 c 2 ( T T ) p r 0
Tr
uH
ws 0 q T0 n 2n! E 1 1 ( ) exp[ ( )] n 1 B 0 c p (Tr T0 ) Tr R Tr T0
• 捷尔道维奇分区近似解法 • 火焰传播精确解法
• Tanford等的扩散理论
• 层流火焰数值求解
火焰传播与火焰稳定
压力的影响：
p0 T a a0 p T0
1 .7
a / ul
0 ( p0 / p)
b
（b=1.0～0.75）
压力下降，火焰厚度增加。当压力降到很低 时，可以使δ 增大到几十毫米。火焰越厚，火焰 向管壁散热量越大，从而使得燃烧温度降低
第 六 章 火 焰 传 播 与 火 焰 稳 定
第一节 层流火焰传播
四、影响层流火焰传播速度的因素
温度的影响：
ul T
C 0
（C=1.5～2）
温度增加，火焰传播速度增加。
p0 T a a0 p T0
1 .7
T 1 .7
a / ul
因为温度对导温系数a和对速度的影响差不多， 因此温度对火焰厚度的影响不大。
第一节 层流火焰传播
四、影响层流火焰传播速度的因素
混气性质的影响：
导温系数增加，活化能减少或火焰 温度增加时，火焰传播速度增大。
第 六 章 火 焰 传 播 与 火 焰 稳 定
第一节 层流火焰传播
四、影响层流火焰传播速度的因素
淬熄距离： 当管径或容器尺寸小到某个临界值时，由于 火焰单位容积的散热量太大，生热量不足，火焰 便不能传播。这个临界管径叫淬熄距离。
W K ( 0 y0 ) n exp( E / RT )及 p / RT
QK ( 0 y 0 ) exp( E / RT ) ul 2 2 0 C p (Tm T0 )
n
1/ 2 ( p 0n 2 ) / 2
第 六 章 火 焰 传 播 与 火 焰 稳 定
二、层流火焰的内部结构及其传播机理
层流火焰传播的机理有三种理论： 热理论：认为控制火焰传播的主要机理为从反应 区到未燃区域的热传导 扩散理论：认为来自反应区的链载体的逆向扩 散是控制层流火焰传播的主要因素 综合理论：认为热的传导和活性粒子的扩散对火 焰传播可能有同等重要的影响
p0 T a a0 p T0
1 .7
a / ul
0 ( p0 / p)
b
（b=1.0～0.75）
压力下降，火焰厚度增加。当压力降到很低 时，可以使δ 增大到几十毫米。火焰越厚，火焰 向管壁散热量越大，从而使得燃烧温度降低
第 六 章 火 焰 传 播 与 火 焰 稳 定
第一节 层流火焰传播
四、影响层流火焰传播速度的因素
温度的影响：
ul T
C 0
（C=1.5～2）
温度增加，火焰传播速度增加。
p0 T a a0 p T0
1 .7
T 1 .7
a / ul
因为温度对导温系数a和对速度的影响差不多， 因此温度对火焰厚度的影响不大。
第一节 层流火焰传播
四、影响层流火焰传播速度的因素
混气性质的影响：
导温系数增加，活化能减少或火焰 温度增加时，火焰传播速度增大。
第 六 章 火 焰 传 播 与 火 焰 稳 定
第一节 层流火焰传播
四、影响层流火焰传播速度的因素
淬熄距离： 当管径或容器尺寸小到某个临界值时，由于 火焰单位容积的散热量太大，生热量不足，火焰 便不能传播。这个临界管径叫淬熄距离。
W K ( 0 y0 ) n exp( E / RT )及 p / RT
QK ( 0 y 0 ) exp( E / RT ) ul 2 2 0 C p (Tm T0 )
n
1/ 2 ( p 0n 2 ) / 2
第 六 章 火 焰 传 播 与 火 焰 稳 定
二、层流火焰的内部结构及其传播机理
层流火焰传播的机理有三种理论： 热理论：认为控制火焰传播的主要机理为从反应 区到未燃区域的热传导 扩散理论：认为来自反应区的链载体的逆向扩 散是控制层流火焰传播的主要因素 综合理论：认为热的传导和活性粒子的扩散对火 焰传播可能有同等重要的影响
火焰传播与稳定理论打印版概要
➢ 火焰前沿各处的速度并不一 致。
➢ 火焰前沿锥体离喷嘴出口有 一段距离，并且宽度略大， 火焰速度与喷嘴直径有关， 直径越小影响越大。
➢ 可燃气体混合物中的含氧量 影响火焰锥体的形状。
火焰正常传播的理论
• 用于简化近似分析的热理论
• 泽利多维奇等的分区近似解法 • 火焰传播的精确解法 • 坦福特（Tanford）等的扩散理论
qw
0
预热区：ddx (
dT ) dx
cP 0u0
dT dx
(
dT dx)bcP Nhomakorabeau0 (Tb
T0 )
反应区：d
dx
(
dT dx
)
wq
0
( dT dx
)
b
2 Tr wqdT
Tb
uH
2 Tr wqdT Tb
02c2p (Tb T0 )2
Tb wqdT 0 T0
Tb T0 Tr T0
0u0 xux
• 未反应区方程
d dx
(
dT dx
)
cP 0u0
dT dx
dT x : dx 0,T T0 x 0 :T TB
• 进行一次积分可得
(
dT dx
)
cP
0u0
(T
T0
)
• 再次进行积分求解可得
0u0cp x
T T0 (TB T0 )e
燃烧区特征
➢ 将TB至Tr之间的区域称为燃烧区。 ➢ 在整个燃烧区域中，其可燃气体混合物的化学反应速
• 对于层流火焰中的某些反应，活性物质向 未燃气体的扩散速度，能决定火焰速度的 大小。
各种理论解法的比较
影响火焰正常传播速度的主要因素 -过量空气系数的影响
➢ 火焰前沿锥体离喷嘴出口有 一段距离，并且宽度略大， 火焰速度与喷嘴直径有关， 直径越小影响越大。
➢ 可燃气体混合物中的含氧量 影响火焰锥体的形状。
火焰正常传播的理论
• 用于简化近似分析的热理论
• 泽利多维奇等的分区近似解法 • 火焰传播的精确解法 • 坦福特（Tanford）等的扩散理论
qw
0
预热区：ddx (
dT ) dx
cP 0u0
dT dx
(
dT dx)bcP Nhomakorabeau0 (Tb
T0 )
反应区：d
dx
(
dT dx
)
wq
0
( dT dx
)
b
2 Tr wqdT
Tb
uH
2 Tr wqdT Tb
02c2p (Tb T0 )2
Tb wqdT 0 T0
Tb T0 Tr T0
0u0 xux
• 未反应区方程
d dx
(
dT dx
)
cP 0u0
dT dx
dT x : dx 0,T T0 x 0 :T TB
• 进行一次积分可得
(
dT dx
)
cP
0u0
(T
T0
)
• 再次进行积分求解可得
0u0cp x
T T0 (TB T0 )e
燃烧区特征
➢ 将TB至Tr之间的区域称为燃烧区。 ➢ 在整个燃烧区域中，其可燃气体混合物的化学反应速
• 对于层流火焰中的某些反应，活性物质向 未燃气体的扩散速度，能决定火焰速度的 大小。
各种理论解法的比较
影响火焰正常传播速度的主要因素 -过量空气系数的影响
火焰传播与稳定理论打印版
n dn uH im 0 d
u P u H wn
本生灯火焰移动速度
u P u H wn
d uH wn w cos w dS qV wd uH dS uH SL S
火焰前沿移动的正常速度可理解为在单位火焰前沿
1 Tr TB u0 c p 0 TB T0
w u0c0
假定可燃气体混合物完全在反应区进行反应。
Tr TB a Tr TB u0 ( )w ( )w c p 0c0 TB T0 c0 TB T0
Tr TB a Tr TB u0 ( )w ( )w c p 0 c0 TB T0 c0 TB T0
影响火焰正常传播速度的主要因素 -火焰温度的影响
• 火焰温度对火焰传播速度
具有极大影响。
• 超过2500°C自由基浓度
大量增加起重要影响。
影响火焰正常传播速度的主要因素 -热扩散率和比压定热容的影响
热扩散率越大， 则火焰传播速度越 快。 比压定热容越小， 则火焰温度越高， 相应火焰传播速度 也越快。
不同混合方法所表示的三种火焰形状
化学均匀可燃气体混合物的动力燃烧
Z
n
可燃气体混合物层流运动时任一截面 上混合物的速度分布规律
2 r 0 1 2 R
Z
r
O
u
r
0
R
动力燃烧的火焰形状
流出喷燃出口时的速度分布规律
2 r 0 1 2 R R
• 粒子示踪法
• 平面火焰燃烧器法
可燃气体层流动力燃烧和扩散燃烧
火焰的形状及其长短对于一定喷燃器形式 而言，主要取决于可燃气体与空气在喷燃器中 的混合方法： 动力燃烧火焰：预先混合好的化学均匀可燃 气体混合物的火焰。 扩散燃烧火焰：气体可燃物与燃烧所需的部 分空气预先混合或者不预先混合的情况下，由 喷燃器喷出，燃烧所形成的火焰。
- 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)。
dx
)x0
cP 0u0 (TB
T0 )
x
u0
cp 0
1
Tr TB TB T0
w u c0 0 假定可燃气体混合物完全在反应区进行反应。
u0
(Tr TB )w cp 0c0 TB T0
a (Tr TB )w c0 TB T0
u0
(Tr TB )w cp 0c0 TB T0
方式向管外逸出，管内压力可认为是常数。由于火焰传 播速度不大，火焰传播完全依靠气体分子热运动的导热 方式将热量从高温的燃烧区（即火焰前沿）传给与火焰 临近的低温未燃气体燃料，使未燃气体燃料着火燃烧。 燃烧的火焰一层层地传播。
➢ 爆燃：其火焰的传播速度超过了声速，一般可达1000～
4000m/s，爆燃主要是由于气体燃料受冲击波的绝热压缩 而引起的。
火焰正常传播的理论
• 用于简化近似分析的热理论
• 泽利多维奇等的分区近似解法
• 火焰传播的精确解法 • 坦福特（Tanford）等的扩散理论
泽利多维奇等的分区近似解法
• 火焰分为两个区域：预热区和反应区。 • 对反应区内的导热微分方程的简化方式处理。
d dx
(
dT dx
) cP 0u0
dT dx
➢ 火焰前沿各处的速度并不一 致。
➢ 火焰前沿锥体离喷嘴出口有 一段距离，并且宽度略大， 火焰速度与喷嘴直径有关， 直径越小影响越大。
➢ 可燃气体混合物中的含氧量 影响火焰锥体的形状。
火焰正常传播的理论
• 用于简化近似分析的热理论
• 泽利多维奇等的分区近似解法 • 火焰传播的精确解法 • 坦福特（Tanford）等的扩散理论
qw
0
预热区：ddx (
dT ) dx
cP 0u0
dT dx
(
dT dx
)b
cP 0u0 (Tb
T0 )
反应区：d
dx
(
dT dx
)
wq
0
( dT dx
)
b
2 Tr wqdT
Tb
uH
2 Tr wqdT Tb
02c2p (Tb T0 )2
Tb wqdT 0 T0
Tb T0 Tr T0
可燃气体的火焰正常传播
➢由于火焰是一层很狭窄的燃烧区域，燃料的化学 反应只在该区域内进行，在这种情况下，可近似地 把它当作一个数学表面。
➢这一表面把未燃的新鲜燃料和燃烧产物分 开，而所有的火焰传播即为此表面的传播。
火焰正常传播
火焰传播速度：火焰相对于无穷远处的未燃混合气在其法线方
向上的速度
uH
im n
0
dn
d
uP uH wn
本生灯火焰移动速度
uP uH wn
uH
wn
w cos
w d
dS
wd
uH
S
dS
uH
qV SL
火焰前沿移动的正常速度可理解为在单位火焰前沿 的表面上，其所能燃烧的可燃气体混合物的流量。
本生灯火焰移动速度
uH
qV SL
r0
qV h2 r02
本生灯测量的局限性
uH
2 Tr wqdT T0
02c2p (Tr T0 )2
w
k0cne
E RT
uH
2n! ws0q (T0 )n exp[ E ( 1 1 )]
Bn1 0cp (Tr T0 ) Tr
R Tr T0
wS 0
w0
Tr T0
0cpq
此式对于 n 整数时，无法得出正确值。但该式可用来分析各种
因素对火焰传播速度的影响，预测出火焰传播速度的变化趋势。
• 对于层流火焰中的某些反应，活性物质向 未燃气体的扩散速度，能决定火焰速度的 大小。
各种理论解法的比较
影响火焰正常传播速度的主要因素 -过量空气系数的影响
a (Tr TB )w c0 TB T0
• 火焰正常传播速度随着燃烧温度Tr的减小而减小，就说明燃烧 区放出的热量不足以加热未燃的可燃混合物。
• 可燃气体混合物的热效应及化学反应速率亦显著地影响正常传 播速度。
• 可燃气体混合物的过量空气系数亦将影响其正常速度,当可燃混 合物中的空气含量偏离正常值时都会使燃烧温度降低，因而亦 降低火焰正常传播速度。
用于简化近似分析的热理论
• 认为火焰中反应区在空间的运动，取决于反应区 放热及其向新鲜混气的热传导。
如未燃的可燃气体混合物的初速度u0恰好使火焰前沿静止不动 则初速度u0即为火焰前沿移动的正常速度
反应区的温度分布
• 一元导热微分方程
d dx
(
dT dx
)
cP xux
dT dx
Qw
0
• 介质的连续性方程
火焰传播与稳定理论
火焰传播与稳定理论
➢火焰传播的基本方式
➢可燃气体的火焰正常传播 ➢火焰正常传播的理论 ➢火焰正常传播速度 ➢可燃气体层流动力燃烧和扩散燃烧 ➢火焰稳定的基本原理和方法
➢不稳定的火焰传播：振荡传播 ➢稳定的火焰传播：正常火焰传播，爆燃
➢ 正常火焰传播(小于30m/s)：燃烧产物以自由膨胀的
0u0 xux
• 未反应区方程
d dx
(
dT dx
)
cP 0u0
dT dx
dT x : dx 0,T T0 x 0 :T TB
• 进行一次积分可得
(
dT dx
)
cP
0u0
(T
T0
)
• 再次进行积分求解可得
0u0cp x
T T0 (TB T0 )e
燃烧区特征
➢ 将TB至Tr之间的区域称为燃烧区。 ➢ 在整个燃烧区域中，其可燃气体混合物的化学反应速
率是不同的。化学反应速率不仅与温度有关，还与可 燃物的浓度有关。
着火处附近，可燃物浓度最大，但温度较低。 燃烧区末端，温度虽然很高，但可燃物浓度最低。
➢ 反应速率最大的区域为略低于燃烧温度附近区域-----反应区。
近似假设在燃烧区域内的温度按直线规律升高
dT dx
x 0
Tr
TB
( dT
火焰正常传播的理论
• 用于简化近似分析的热理论 • 泽利多维奇等的分区近似解法
• 火焰传播的精确解法 • 坦福特（Tanford）等的扩散理论
火焰传播的精确解法
• 利用数值计算方法直接对层流火焰基本 方程进行迭代求解。
坦福特等的扩散理论
• 认为凡是燃烧均属于链式反应，在链式反 应中借助于活性分子的作用，使混气变为 燃烧产物。
a (Tr TB )w c0 TB T0
• 火焰前沿移动的正常传播速度与气体混合物的物理常 数有关。
• 火焰正常传播速度随着差值（TB-T0）的减小而增加， 因此如果将气体预先加热后再送入燃烧室，则其火焰 正常传播速度就能得以提高。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
u0
(Tr TB )w cp 0c0 TB T0
)x0
cP 0u0 (TB
T0 )
x
u0
cp 0
1
Tr TB TB T0
w u c0 0 假定可燃气体混合物完全在反应区进行反应。
u0
(Tr TB )w cp 0c0 TB T0
a (Tr TB )w c0 TB T0
u0
(Tr TB )w cp 0c0 TB T0
方式向管外逸出，管内压力可认为是常数。由于火焰传 播速度不大，火焰传播完全依靠气体分子热运动的导热 方式将热量从高温的燃烧区（即火焰前沿）传给与火焰 临近的低温未燃气体燃料，使未燃气体燃料着火燃烧。 燃烧的火焰一层层地传播。
➢ 爆燃：其火焰的传播速度超过了声速，一般可达1000～
4000m/s，爆燃主要是由于气体燃料受冲击波的绝热压缩 而引起的。
火焰正常传播的理论
• 用于简化近似分析的热理论
• 泽利多维奇等的分区近似解法
• 火焰传播的精确解法 • 坦福特（Tanford）等的扩散理论
泽利多维奇等的分区近似解法
• 火焰分为两个区域：预热区和反应区。 • 对反应区内的导热微分方程的简化方式处理。
d dx
(
dT dx
) cP 0u0
dT dx
➢ 火焰前沿各处的速度并不一 致。
➢ 火焰前沿锥体离喷嘴出口有 一段距离，并且宽度略大， 火焰速度与喷嘴直径有关， 直径越小影响越大。
➢ 可燃气体混合物中的含氧量 影响火焰锥体的形状。
火焰正常传播的理论
• 用于简化近似分析的热理论
• 泽利多维奇等的分区近似解法 • 火焰传播的精确解法 • 坦福特（Tanford）等的扩散理论
qw
0
预热区：ddx (
dT ) dx
cP 0u0
dT dx
(
dT dx
)b
cP 0u0 (Tb
T0 )
反应区：d
dx
(
dT dx
)
wq
0
( dT dx
)
b
2 Tr wqdT
Tb
uH
2 Tr wqdT Tb
02c2p (Tb T0 )2
Tb wqdT 0 T0
Tb T0 Tr T0
可燃气体的火焰正常传播
➢由于火焰是一层很狭窄的燃烧区域，燃料的化学 反应只在该区域内进行，在这种情况下，可近似地 把它当作一个数学表面。
➢这一表面把未燃的新鲜燃料和燃烧产物分 开，而所有的火焰传播即为此表面的传播。
火焰正常传播
火焰传播速度：火焰相对于无穷远处的未燃混合气在其法线方
向上的速度
uH
im n
0
dn
d
uP uH wn
本生灯火焰移动速度
uP uH wn
uH
wn
w cos
w d
dS
wd
uH
S
dS
uH
qV SL
火焰前沿移动的正常速度可理解为在单位火焰前沿 的表面上，其所能燃烧的可燃气体混合物的流量。
本生灯火焰移动速度
uH
qV SL
r0
qV h2 r02
本生灯测量的局限性
uH
2 Tr wqdT T0
02c2p (Tr T0 )2
w
k0cne
E RT
uH
2n! ws0q (T0 )n exp[ E ( 1 1 )]
Bn1 0cp (Tr T0 ) Tr
R Tr T0
wS 0
w0
Tr T0
0cpq
此式对于 n 整数时，无法得出正确值。但该式可用来分析各种
因素对火焰传播速度的影响，预测出火焰传播速度的变化趋势。
• 对于层流火焰中的某些反应，活性物质向 未燃气体的扩散速度，能决定火焰速度的 大小。
各种理论解法的比较
影响火焰正常传播速度的主要因素 -过量空气系数的影响
a (Tr TB )w c0 TB T0
• 火焰正常传播速度随着燃烧温度Tr的减小而减小，就说明燃烧 区放出的热量不足以加热未燃的可燃混合物。
• 可燃气体混合物的热效应及化学反应速率亦显著地影响正常传 播速度。
• 可燃气体混合物的过量空气系数亦将影响其正常速度,当可燃混 合物中的空气含量偏离正常值时都会使燃烧温度降低，因而亦 降低火焰正常传播速度。
用于简化近似分析的热理论
• 认为火焰中反应区在空间的运动，取决于反应区 放热及其向新鲜混气的热传导。
如未燃的可燃气体混合物的初速度u0恰好使火焰前沿静止不动 则初速度u0即为火焰前沿移动的正常速度
反应区的温度分布
• 一元导热微分方程
d dx
(
dT dx
)
cP xux
dT dx
Qw
0
• 介质的连续性方程
火焰传播与稳定理论
火焰传播与稳定理论
➢火焰传播的基本方式
➢可燃气体的火焰正常传播 ➢火焰正常传播的理论 ➢火焰正常传播速度 ➢可燃气体层流动力燃烧和扩散燃烧 ➢火焰稳定的基本原理和方法
➢不稳定的火焰传播：振荡传播 ➢稳定的火焰传播：正常火焰传播，爆燃
➢ 正常火焰传播(小于30m/s)：燃烧产物以自由膨胀的
0u0 xux
• 未反应区方程
d dx
(
dT dx
)
cP 0u0
dT dx
dT x : dx 0,T T0 x 0 :T TB
• 进行一次积分可得
(
dT dx
)
cP
0u0
(T
T0
)
• 再次进行积分求解可得
0u0cp x
T T0 (TB T0 )e
燃烧区特征
➢ 将TB至Tr之间的区域称为燃烧区。 ➢ 在整个燃烧区域中，其可燃气体混合物的化学反应速
率是不同的。化学反应速率不仅与温度有关，还与可 燃物的浓度有关。
着火处附近，可燃物浓度最大，但温度较低。 燃烧区末端，温度虽然很高，但可燃物浓度最低。
➢ 反应速率最大的区域为略低于燃烧温度附近区域-----反应区。
近似假设在燃烧区域内的温度按直线规律升高
dT dx
x 0
Tr
TB
( dT
火焰正常传播的理论
• 用于简化近似分析的热理论 • 泽利多维奇等的分区近似解法
• 火焰传播的精确解法 • 坦福特（Tanford）等的扩散理论
火焰传播的精确解法
• 利用数值计算方法直接对层流火焰基本 方程进行迭代求解。
坦福特等的扩散理论
• 认为凡是燃烧均属于链式反应，在链式反 应中借助于活性分子的作用，使混气变为 燃烧产物。
a (Tr TB )w c0 TB T0
• 火焰前沿移动的正常传播速度与气体混合物的物理常 数有关。
• 火焰正常传播速度随着差值（TB-T0）的减小而增加， 因此如果将气体预先加热后再送入燃烧室，则其火焰 正常传播速度就能得以提高。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
u0
(Tr TB )w cp 0c0 TB T0