燃烧学复习题答案(3)

2019-02-16 14:08

32. 何谓火焰传播速度?火焰传播的特征是什么?按照气体的流动状况,预混可燃气体中的火焰传播可分为哪几种?

火焰传播速度:当一个炽热物体或电火花将可燃混合气的某一局部点燃着火时,将形成一个薄层火焰面。火焰面将未燃气体与已燃的烟气分隔开来,燃烧反应只在火焰面内进行。火焰面产生的热量将加热临近层的未燃混合气,使其温度升高直至着火燃烧。这样一层层地着火燃烧,把燃烧逐渐扩展到整个混合气,这种现象称为火焰传播。火焰前沿面在其表面的法线方向上相对于新鲜混合气的移动速度称为火焰传播速度。

火焰传播的特征:燃烧反应不是在整个混合气体内同时发生,而是集中在火焰面内进行并逐层传播、逐层进行,传播速度的大小取决于预混气体的物理化学性质与气体的流动状况。

按照流动状况,预混可燃气体中的火焰传播可分为层流火焰传播(层流燃烧)和湍流火焰传播(湍流燃烧)。其中层流气流的火焰传播速度是预混可燃气体的物性参数,即其大小取决于预混气体的物理化学性质。

33. 层流火焰传播速度(正常火焰传播速度)的主要影响因素是什么?

主要影响因素:可燃气体的种类不同,则其密度、发热量、反应速度、热容等性质均不相同,其层流火焰传播速度不同;可燃气浓度(或空气消耗系数?)影响大,存在最大值及不可传播区域;可燃气体的正常火焰传播速度与导热系数成正比,导热系数大的可燃气体,火焰传播速度UL也大;燃料分子结构;含惰性气体N2等,可使火焰传播速度UL变小:U=UL(1-0.01N2-0.012CO2);氧化剂中含氧量,富氧燃烧,火焰传播速度UL变大;提高可燃气初始温度,火焰传播速度UL变大;在冷却系统中,火焰传播速度UL变小,甚至熄灭。

34. 何谓熄灭直径?有何实际应用?

熄灭直径:在强化冷却系统中,燃烧传播的速度将减小。管子直径越小,相对冷却表面积越大,而且火焰传播时活性中间产物碰壁销毁的机率增大,燃烧传播速度将越小,发生回火的可能性越小。管子直径小于某一值时,燃烧将不能传播,这一直径为燃烧传播临界直径或者熄灭直径。

实际应用:烟气取样管的直径应小于熄灭直径,以免烟气中的可燃成分在取样管中继续燃烧而不能反映取样点的真实成分。

35. 湍流火焰前沿传播理论主要有哪些?基本内容和观点是什么?

湍流火焰前沿传播理论主要有皱折表面燃烧理论和容积燃烧理论。

皱折表面燃烧理论:在湍流火焰中,有许多大小不同的微团在不规则的运动,根据这些微团的平均尺寸大小L和可燃预混气体的层流燃烧前沿厚度?L之间的关系,分为小尺度湍流火焰、大尺度弱湍流火焰和大尺度强湍流火焰。小尺度湍流火焰的火焰前沿较规则,燃烧区厚度略大于层流火焰前沿面厚度,Re为2300~6000,微团平均尺寸L< ?L;大尺度弱湍流火焰微团脉动速度小于层流火焰传播速度,微团不能冲破火焰前沿面,但是微团尺寸大于层流火焰前沿面厚度,使前沿面扭曲,Re>6000,微团平均尺寸L>δL,微团脉动速度u'<层流火焰传播速度uL;大尺度强湍流火焰微团尺寸大,脉动速度大于层流火焰传播速度,使

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连续的火焰前沿面破碎,Re>6000,微团平均尺寸L>δL,脉动速度u'>层流火焰传播速度uL。

容积燃烧理论:在大尺度强湍流条件下,燃烧的可燃预混气体微团中,并不存在着能够将未燃气体和已燃气体截然分开的正常火焰前沿面,燃烧反应不仅仅局限在火焰前沿面厚度内;每个湍动的气团内,温度和浓度是均匀的,但是不同气团的温度和浓度是不同的;在每个湍动的微团中,不同成分和温度的物质激烈混合,并进行着不同快慢程度的化学反应,达到着火条件的微团整体燃烧,没有着火的微团,则在其脉动和其它已燃微团作用下,达到着火条件而燃烧,或与其它微团结合,形成新微团;每个微团以及同一个微团内的各个部分的脉动速度不同,各部分的位移不同,火焰不能保持连续的、很薄的火焰前沿面。

36. 提高可燃预混气体燃烧速度的措施是什么?

使用火焰传播速度大的可燃预混气体;提高湍流强度;提高混合气体的压力与温度。

37. 何为火焰稳定性?何谓回火?何谓脱火?工程上如何防止回火和脱火?

火焰稳定性:火焰传播速度与新鲜可燃混合气的流动速度两者大小相等,方向相反。

回火:预混可燃气体的火焰传播速度UL大于新鲜可燃混合气的流动速率W,火焰前沿位置将向新鲜可燃物的上游方向移动,则火焰向预混气体内部烧去称为回火。回火不仅仅发生于预混可燃气体的燃烧过程中,在固体燃料如煤粉燃烧过程中,也会发生回火。在工程上采用小孔或缩口等方法减小喷口直径、均匀喷口流速及冷却喷口等措施防止回火。具体措施如下:可燃混合气体从烧嘴流出的速度必须大于某一临界速度,后者与煤气成分、预热温度、烧嘴口径及气流性质等有关;当空气或煤气预热时,其出口速度还应该提高;注意保证出口断面上速度的均匀分布,避免使气流受到外界的扰动;对于燃烧能力大的烧嘴,需用气冷或水冷将烧嘴头进行冷却。

脱火:预混可燃气体的火焰传播速度UL远小于新鲜可燃混合气的流动速率W,火焰前沿位置将向燃烧产物的下游方向移动,则火焰被吹息或吹脱称为脱火。工程上采用各种形式的气流稳焰器或组织大小适中的高温回流区、合理控制预混气体流速W、各种形式的钝体等综合措施来防止脱火。具体措施如下:使气体的喷出速度与火焰传播速度相适应;采取措施构成强有力的点火源,如:燃烧通道突扩保证部分高温烟气回流到火焰根部;采用带涡流稳定器或带点火环的烧;在燃烧器上安装辅助点火烧嘴或者在烧嘴前方设置起点火作用的高温砌体。

38. 层流预混火焰稳定的条件?

层流预混火焰稳定的条件:法向稳定条件符合余弦定律uL?wcos?;切向稳定条件,存在着点火圈。

39. 影响层流预混火焰长度的因素有哪些,是如何影响的?

体积流量增加,火焰长度增加:速度不变时,管径增加,火焰长度增加;

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管径不变,气流速度增加,火焰长度增加。

喷嘴流量不变时,火焰传播速度增加,火焰长度减小。

40. 影响湍流预混火焰长度的主要因素有哪些?如何保证其稳定性?

主要因素:湍流预混火焰的长度与气流速度、燃烧传播速度以及喷嘴尺寸有关。气流速度增加,火焰长度增加;燃烧传播速度增加,火焰长度缩短;当烧嘴尺寸变大时,如果气流速度不变,则流量增加,火焰长度增加。

湍流预混火焰的稳定性问题主要是脱火问题,因为此时气流速度已经增大到回火临界速度之上,不会再发生回火。湍流预混气体燃烧时,由于质点向不同方向的脉动,正在燃烧的微团或高温燃烧产物,可能返回新鲜的可燃混合物中,因此,这些高温质点便起到连续点火的热源的作用。但是,在高强度燃烧时,即气流速度更大的情况下,单靠火焰内部自然形成的回流微团的点火将不足以维持火焰的稳定。此时,通常采用一些附加手段,如采用稳定火焰的装置“稳焰器”,使燃烧产物更多低循环回流到火焰根部,或采用附加的点火小烧嘴,以强化点火。

41. 影响湍流扩散火焰长度的主要因素有哪些?如何保证其稳定性?

主要因素:湍流扩散火焰的长度主要取决于煤气的种类和燃烧器的结构尺寸。热值高的燃料,燃烧时所需的理论空气需要量越大,火焰越长;当喷口尺寸增加时,火焰长度增加,因为如果流量一定,则流速减小,燃气与氧化剂的扩散混合减弱,火焰变长,流速一定,煤气流量增加,必然需要更长的路程才能与所需要的空气量混合,火焰长度增加;旋流火焰长度比不旋流的短,其减少的数值与旋流数成正比。

湍流扩散火焰的稳定性问题主要是脱火问题。煤气或空气的流出速度过大,喷口直径过小,都会产生脱火。因此必须采取稳定火焰的措施,如高温燃烧产物回流、旋转气流、采用稳焰器等。在提高扩散火焰的燃烧强度的时候,必须保证火焰的稳定性。

42. 什么叫无焰燃烧?无焰燃烧的特征与特点是什么?

燃气与空气预先混合均匀后,再送入燃烧室燃烧,称为预混可燃气体的燃烧。此时,预混气体的燃烧速度主要取决于着火和燃烧反应速度,此时的火焰没有明显的轮廓,又称为无焰燃烧。

特征:无焰燃烧属于动力燃烧,其燃烧速度主要取决于预混可燃气体的化学反应速度。

特点:没有明显的火焰轮廓,火焰很短,几乎看不见,火焰温度高,火焰黑度低;空气消耗系数小(1.02~1.05),预混均匀,属于动力燃烧;燃烧速度快,燃烧室热强度比有焰燃烧大100~1000倍;容易回火,燃烧稳定性差;空气与煤气温度不能预热过高以防止回火;为了防止回火和爆炸,烧嘴的燃烧能力不能太大;常用于小容量燃烧室--燃机燃气燃烧,高炉燃气燃烧。

43. 什么叫有焰燃烧?有焰燃烧的特征与特点是什么?

燃气和氧化剂预先不混合,而是通过各自的单独管道分别进入燃烧室,此时燃气内部无一次空气,燃气与空气在燃烧室内边混合边燃烧,燃烧速度受气体扩散混合速度的限制,为气相扩散燃烧。扩散燃烧的火焰比预混火焰长,亮度大,有明显的轮廓,又称为有焰燃烧。

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特征:扩散燃烧大都属于有焰燃烧,其燃烧速度主要取决于煤气与空气的混合扩散速度。

特点:煤气与空气的混合速度控制,与可燃气体的物理化学性质无关;有明显的火焰轮廓,火焰较长;由于燃料中的碳氢化合物的热解,火焰中碳黑粒子多,火焰黑度大,辐射强;不会产生回火,火焰稳定性好,安全、易控制;单机功率大,应用广泛;煤气与空气可分别预热以提高温度,烧嘴能力范围大。

44. 为什么有焰燃烧时的火焰比无焰燃烧时稳定,不容易发生脱火?

在扩散燃烧时,烧嘴出口附近的煤气和空气在混合过程中能形成各种浓度的可燃混合气体,其中包括火焰传播速度最大的气体,因而有利于构成稳定的点火热源;而无焰燃烧时,从烧嘴流出的是已经按照化学当量比例混合好的可燃气体,甚至是稍贫的气体(空气过剩系数大于1),这种气体由于受到燃烧后气体的冲淡,火焰传播速度显著下降,容易造成火焰的脱离和熄灭。

45. 试分析油滴燃烧主要过程及特点,强化油滴燃烧有哪些途径?

油滴燃烧的主要过程:油经油喷嘴雾化为油雾滴群喷入炉内(雾化);油滴群在炉内吸热蒸发,表面形成油蒸汽(蒸发);油滴继续被加热蒸发,空气向油气表面扩散(扩散混合);达到着火温度后猛烈着火和燃烧(着火燃烧);油滴残炭的异相扩散燃烧,并燃烬(燃烬)。

特点:油燃烧使油雾化炬(油滴群)的蒸发燃烧;油滴的燃烬时间与油滴的直径的平方成正比;大油滴或重油油滴的燃烧大部分为油气的蒸发燃烧,也还有相当部分为固态油焦的异相扩散燃烧;如局部空气不足,会热解为炭墨的异相扩散燃烧。

强化油滴燃烧的途径:提高雾化质量,使油滴群粒度小;强化空气与油滴群间的混合;采用旋流方式加大油气间相对速度,控制合理的回流区,保证燃烧区内高温和足够的空气,特别是根部风,以防止油气高温分解。

46. 强化和稳定重油燃烧的基本途径有哪些?

燃料油在燃烧时有可能发生回火或脱火,因此,需要采取如下措施保证其燃烧稳定:a. 改善雾化质量,保证良好的雾化。b. 供给适量的空气,强化空气与油雾的混合,如火焰根部必须供给足够的一次风,防止燃料油高温热裂解,同时防止发生回火;一次风与二次风与燃料油雾要混合均匀;采用旋转气流;加强风、油后期混合。c. 保证点火区和燃烧室的高温,形成稳定的点火源,防止脱火;d. 着火区和喷口之间需要保持适当的距离,不能太近,以免烧坏烧嘴,发生回火,也不能太远,以免影响着火。

47. 油滴燃尽的时间及其与哪些因素有关?

d02??r或?B?。

?2(T1?TK)k?0L?20油粒雾化程度,雾化好,油滴尺寸降低,燃烧速度快,燃尽所需时间降低;周围介质温度高,传热速度快,油滴温度上升的快,燃尽所需时间降低;油的蒸发潜热下降,容易气化,燃尽所需时间降低;油的密度降低,燃尽所需时间降低;

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油的导热系数增加,燃尽所需时间降低。在油粒燃烧后期所剩余5%的油粒,由于其反应活性等原因,需要用掉总反应时间的50%才能反应掉。此时,可以通过提高周围介质温度和增强扰动来强化其燃烧。

48. 强化燃料油燃烧的途径有哪些?

加强雾化,减小油滴直径,选用合适的雾化器;增加空气与油滴的相对速度。相对速度越大,越有利于燃料和空气之间的扩散、混合,加强燃烧;及时、适量供风,及时供风,避免高温、缺氧造成燃料热分解,适量供风,提高燃烧效率;供风原则:a. 少量一次风送入火焰根部,在着火前与燃料混合,防止油在高温下热分解;b. 燃烧中保证油雾与空气强烈混合,气流雾化角与油雾扩散角相适应;c. 保证后期混合,提高风速,使射流衰减变慢;d. 在着火区制造适当的回流区,保证着火。

49. 雾化原理与雾化方法有哪些?

雾化原理:是液体自身内力与其所受到的外力相互作用的结果,当外力大于内力时,油膜失去稳定性而发生破碎。

雾化方法:介质雾化方法;压力雾化方法或机械雾化法;组合式雾化法(转杯式雾化喷嘴、超声波雾化喷嘴;蒸汽-机械雾化喷嘴)。

50. 油雾化特性的主要指标有哪些?影响油雾化特性的因素有哪些?

油雾化性能指标:雾化细度(最大油粒直径、索太尔平均直径(S.M.D.)、质量中间直径(M.M.D.))及均匀性指数;流量特性曲线;雾化角(条件雾化角及出口雾化角),雾化角越大,油雾异相火焰越短,燃烧强度越大;流量密度分布;油雾射程;调节比;对于介质雾化还有气耗率等。

影响因素:a. 油温:提高油温可降低粘度,改善雾化质量;b. 雾化剂压力与流量:提高压力,喷出速度增加,颗粒平均直径减小。低压烧嘴,雾化剂流速不大,需要雾化剂多;当雾化剂量少时,影响雾化质量;高压时,对雾化影响不大,需雾化剂单位耗量稍小些。c. 油压力:对于气体介质雾化式,油压不宜过高,速度太高不利雾化;但油压应高于雾化剂反压力,否则油喷不出。d. 烧嘴结构:雾化剂 / 油的出口面积、夹角、旋转度、孔数、孔形状(雾化角出口断面,油出口断面,雾化剂与油流股交角,油旋转角度,雾化剂旋转角度,雾化剂与油相遇位置,雾化剂或油出口孔数,各孔的形状,各孔之间的相对位置,烧嘴调节方法)等等,要实际试验,还要考虑制造、油嘴堵塞等问题。

51. 改善油雾化特性有哪些措施?

改善雾化性能的措施:减小油的粘度;增加雾化动力如雾化气量或雾化压力(机械式雾化时,油压高好);改进喷嘴结构,适当增加雾化剂与油的交角,造成流股的旋转、分级雾化、多孔流出、内部混合等;提高加工质量等。

52. 试分析大碳粒异相燃烧主要过程、机理及特点?强化煤炭燃烧有哪些途径?

大碳粒燃烧的主要过程:气相反应介质向碳颗粒外表面反应表面传递;气相反应介质由碳颗粒外表面向颗粒内反应表面传递;气相反应介质吸附到反应表

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