6液體燃料的燃燒6.1液體燃料燃燒原理6.2液體燃料的霧化過程及裝置6.3配風原理及裝置6.4液體燃料霧化燃燒的組織及布置6.1液體燃料燃燒原理6.1.1液體燃料的燃燒方式液體燃料有哪些液體燃料的燃燒方式和過程?根據液體燃料在著火燃燒前發生蒸發與氣化的特點氣化混合燃燒液體燃燒液面燃燒燈芯燃燒蒸發燃燒霧化燃燒霧化液體燃料為什么要霧化?

（1）液面燃燒是指直接在液體表面上發生的燃燒。往往是災害或事故燃燒的形式。（2）燈芯燃燒是利用燈芯的毛細吸附作用將燃油由容器中抽吸上來，并在燈芯表面生成油蒸氣，然后油蒸氣與空氣混合發生的燃燒。（3）蒸發燃燒是使液體燃料通過一定的蒸發管道，利用燃燒時放出的一部分熱量加熱管中的燃料，使其蒸發，然后再像氣體燃料那樣進行燃燒。（4）霧化燃燒是利用各種形式的霧化器將液體燃料破碎霧化為大量直徑為幾微米到幾百微米的小液滴，并使它們懸浮在空氣中邊蒸發邊燃燒。6.1液體燃料燃燒原理6.1.1液體燃料的燃燒方式6.1.1液體燃料的燃燒方式對不同液體燃燒，根據其蒸發的難易程度采用不同的霧化方式。易蒸發液體，采用汽化器或低壓噴射；6.1.1液體燃料的燃燒方式對難蒸發或蒸發速率要求高的液體燃料，像柴油、重油等，采用預熱或高壓噴射實現霧化；由于噴霧的動態特性本質上是大量單一液滴蒸發特性的統計總和，故深入理解單液滴的蒸發特性是研究噴霧的必要前提。6.1.2液體燃料的蒸發過程（1）單個油滴的蒸發

霧化燃燒單油滴吸熱

溫度升高

蒸發（氣化）

混合

燃燒

當油滴獲得的熱量等于蒸發所需的熱量，則油滴溫度保持不變，蒸發保持平衡，該溫度稱為油滴蒸發平衡溫度，此時蒸發速度等于擴散速度。6.1.2液體燃料的蒸發過程油滴蒸發產生的蒸氣通過兩種方式向外擴散（質擴散）：油氣分子擴散和油氣以某一速度作對流擴散（斯蒂芬流）。

斐克方程：dm/dt—單位時間內油滴對周圍介質的擴散量（質交換）；Tv、Pv、ρv—油滴表面附件的燃油蒸汽溫度、壓力和質量濃度；D—擴散系數；r、F—油滴半徑和表面積；u—油蒸汽離開油滴表面的對流速度。分子擴散項對流擴散項6.1.2液體燃料的蒸發過程不考慮輻射時，油滴的傳熱：對流傳熱導熱dq/dt—單位時間內周圍氣體對油滴的傳熱；λ、Cp—燃油蒸汽的熱導率和定壓比熱容；r、F—油滴半徑和表面積；T、TB—周圍氣體和油滴表面的溫度。6.1.2液體燃料的蒸發過程高溫下油滴蒸發模型的簡化（6個）假設：1）油滴為球形顆粒rB，被高溫球形氣體包圍rA；2）油滴表面蒸發處于平衡狀態；3）蒸發過程是等壓的，Cp不變；4）氣體均作為理想氣體；5）僅考慮導熱；6）rA內濃度和溫度沿半徑方向線性變化。穩態下油滴蒸發的熱平衡式：導熱量蒸發量即擴散量（6-6）6.1.2液體燃料的蒸發過程油滴的蒸發速度油滴蒸發時間：（6-7）可見，油滴蒸發速度取決于油滴直徑（半徑）、油滴周圍氣體溫度及該體系的物性。蒸發常數k1：（6-10）油滴完全蒸發時間：可見：蒸發時間與油滴初始直徑的平方成正比；因此，要縮短燃油蒸發時間，就要求有較小的霧化細度，即霧化質量。d0——油滴初始直徑；6.1.2液體燃料的蒸發過程考慮相對運動后，油滴蒸發常數k2：

前面的計算只考慮導熱，未考慮對流等相對運動?？紤]相對運動后，油滴與周圍氣體間熱量和質量交換增強，燃油蒸發加快。SC—施密特數，即氣體介質運動黏度v與擴散系數D的比值；Re—雷諾數，Re=ud0/v，適用于Re=0~200。不同直徑油滴在不同空氣溫度下的蒸發速率對比見圖6-4和表6-16.1.2液體燃料的蒸發過程

不同直徑油滴在不同空氣溫度下的蒸發速率對比見圖6-4和表6-16.1.2液體燃料的蒸發過程（2）油滴群的蒸發直徑d的油滴在經過τ時間蒸發后，剩余油滴的直徑和體積分別為：n—均勻性指數；代表液滴顆粒霧化的均勻程度。因此，為了縮短蒸發時間及加快燃燒，應保證油霧具有較好的霧化均勻度。液滴群—粒徑大小不等的大量油滴組成；6.1.3液體燃料的燃燒過程一、單個油滴的燃燒過程和燃燒速度小液滴（10μm），噴入后迅速蒸發，接近均勻混合氣預混燃燒；大液滴，邊蒸發，邊混合，邊燃燒，在火焰面上形成擴散燃燒；擴散燃燒時氣流速度（相對）對火焰形狀的影響全周火焰傘狀火焰火焰吹熄6.1.3液體燃料的燃燒過程無相對運動時單個液滴的擴散燃燒在平衡蒸發狀態，油滴溫度接近燃油的沸點。6.1.3液體燃料的燃燒過程油滴擴散燃燒速度完全取決于燃油蒸氣由油滴表面向火焰面擴散的速度。在平衡蒸發狀態，燃油蒸氣擴散速度等于蒸發速度，即油滴擴散燃燒速度由油滴蒸發速度決定。

單個油滴從直徑d0燃燒到直徑d的時間：

（6-14）燃燒速度常數ρO2—氧氣密度；DO2—氧分子的擴散系數；mO2—氧的質量分數；β—氧與燃油的化學計量比。（6-15）DO26.1.3液體燃料的燃燒過程完全燃燒，油滴的燃盡時間：油滴與空氣間有相對速度時，燃燒速度常數為：

（6-16）（6-17）油滴燃盡時間與液滴初始直徑的平方成正比。可見，液體燃料霧化質量（液滴尺寸）對燃燒過程具有決定性影響?？梢姡偷闻c空氣有相對速度，可大大加速油滴的燃燒過程。6.1.3液體燃料的燃燒過程二、油滴群的燃燒過程（一）油滴群燃燒與單個油滴燃燒的差別油滴群與單個油滴的最大差別在于霧狀油滴中各個油滴之間相互發生干擾，特別是油滴之間距離很近時，影響主要有兩方面：（1）相鄰油滴同時燃燒使它們之間有熱量交換，以致減少了油滴的熱量損失，使傳遞給油滴的總熱量增加；（促進燃燒）（2）相鄰油滴同時燃燒，互相競爭氧氣，對氧氣擴散到火焰鋒面有影響。（阻礙燃燒）6.1.3液體燃料的燃燒過程（二）滴間燃燒與滴狀燃燒

根據油滴間的統計平均距離大小，油滴群燃燒可分為滴間燃燒和滴狀燃燒。油滴直徑<油滴間統計平均距離<油滴火焰面半徑，滴間燃燒；油滴間統計平均距離>20倍油滴直徑，滴狀燃燒；滴間燃燒滴狀燃燒6.1.3液體燃料的燃燒過程（1）預蒸發式燃燒：（2）油滴群擴散燃燒：（3）復合式燃燒：（4）滴間氣體燃燒加液滴蒸發式燃燒：油滴的蒸發氣化速度》》氧的擴散速度，燃燒前油滴群已全部蒸發，近似氣體燃料燃燒（三）不同的油霧滴群燃燒模型油滴群中每個油滴均獨立進行燃燒，接力式滴狀燃燒火焰傳播，蒸發過程控制燃燒過程。油滴均勻性差，較小油滴預蒸發式燃燒，較大油滴以油滴群擴散燃燒。油滴均勻性差、油滴群密度大，較小油滴預蒸發式燃燒，滴間蒸發燃燒的大油滴在到達火焰區時未完全蒸發，應避免。6.1.3液體燃料的燃燒過程（四）油滴群燃燒速度常數

與單油滴燃燒速度常數不同，油滴群燃燒速度常數與壓力有關且有所增大；（五）油滴群燃燒的特點

油滴群燃燒的火焰傳播主要借助于油滴的不斷著火和燃燒，具有比均勻混合可燃氣燃燒更為寬廣的著火界限和穩定工作范圍。6.2液體燃料的霧化過程及裝置6.2.1霧化原理及方法在通過噴嘴時，液體燃料被破碎為大量細小液滴所組成的液滴群，這個過程稱為霧化。霧化的目的？

增加燃料的蒸發表面積，以加速燃料氣化及與空氣混合，使燃燒快速并完全燃燒。霧化是組織液體燃料噴霧燃燒的關鍵。噴嘴被稱為霧化器。主要功能是確保燃料的流量，改善霧化的質量，并有良好的調節范圍。6.2液體燃料的霧化過程及裝置噴射霧化過程的幾個階段：一是液體在噴嘴內部流動階段；二是液體噴出后由液柱分裂為霧滴的階段；三是霧滴在氣體中進一步破碎階段。對噴霧機理，有多種解釋：一是空氣動力干擾說：射流與周圍氣體間的氣動干擾作用使射流表面產生不穩定波動；二是壓力振蕩說：供油系統壓力震蕩對霧化過程影響；三是湍流擾動說：認為射流霧化過程發生在噴嘴內部，而流體本身的湍流度可能起著重要作用；四是空氣擾動說：認為噴油系統內穴蝕現象產生的大振幅壓力擾動是產生霧化的原因；五是邊界條件突變說：認為噴嘴出口處，液體的邊界條件（內應力）發生突變，使截面內速度分布驟然改變而產生霧化。6.2.2霧化性能及質量的評定評定液體燃料霧化器的霧化性能及質量的主要指標：流量特性、調節比、霧化角、霧化細度及均勻度、流量密度分布、射程等；對于介質霧化噴嘴，還有氣耗率等。一、流量特性流量特性指的是油噴嘴單位時間內噴油量隨油壓變化的規律，相應的關系曲線稱為流量特性曲線（噴油速率曲線）。二、霧化角（噴霧錐角）霧化角即為油霧化炬的張角。通常將噴油嘴出口處噴霧炬外包絡線的兩條切線之間的夾角定義為出口噴霧角。霧化角是油噴嘴霧化性能的主要指標之一。一般應根據燃燒室的尺寸和燃料與空氣的混合條件來合理選擇霧化角。6.2.2霧化性能及質量的評定6.2.2霧化性能及質量的評定噴霧錐角和噴孔錐角βα6.2.2霧化性能及質量的評定三、霧化細度和均勻度霧化細度是指燃油霧化后形成的霧化炬中油滴的粗細程度，是表征油噴嘴霧化性能及質量最主要的指標之一。一般用平均直徑表示霧化細度，工程上常采用以下兩種方法：（1）質量中間直徑（d50或dMMD）（2）索太爾平均直徑（dSMD）（6-18）（6-19）即油滴群中大于或小于這一直徑的兩部分液滴的總質量相等。d50越小，霧化粒度越細，霧化質量越好。Ni——直徑為di的油滴顆粒數；6.2.2霧化性能及質量的評定霧化均勻度是指燃料霧化后液滴群顆粒尺寸的均勻程度，即液滴群中眾顆粒大小相差的懸殊性程度。霧化均勻度一般可用粒數分布曲線和質量分布曲線表示。6.2.2霧化性能及質量的評定霧化均勻度也常用積分曲線和微分曲線表示。積分曲線表示法是將大于某一直徑d的所有液滴的質量占全部液滴質量的百分數表示成液滴直徑的函數；微分曲線表示法是將液滴直徑在某一范圍的所有液滴質量占全部液滴總質量的百分數表示成液滴直徑的函數。曲線分布越陡，霧化均勻度越好。6.2.2霧化性能及質量的評定四、流量密度分布流量密度分布特性是指在單位時間內，通過與燃料噴射方向相垂直的單位橫截面上燃料質量（或體積）沿半徑方向的分布規律。它在一定程度上反映了燃燒空間內的燃料濃度分布。6.2.2霧化性能及質量的評定五、噴霧射程（貫穿距離）油霧化炬（油束）的噴霧射程是指在某個給定的時間內，油噴嘴在噴射方向上噴出的油霧實際能夠到達的平面，與油噴嘴噴口之間的距離。六、調節比和氣耗率調節比是指在保證霧化質量的前提下，在運行壓力范圍內油噴嘴的最大質量流量與最小質量流量之比。氣耗率是僅對介質霧化噴嘴而言的參數，是指單位時間內霧化介質的質量與噴液質量之比，即氣液質量比。BAC6.2.3霧化的方式及常用霧化裝置

液體燃料霧化主要有兩種方式：機械霧化和介質霧化，還有兼有這兩種方式特點的組合型霧化方式。6.2.3霧化的方式及常用霧化裝置一、機械霧化噴嘴

這種噴嘴依靠油泵提高燃油壓力，并將其以較高的速度噴入燃燒室。又稱壓力式霧化油噴嘴。主要應用于各種鍋爐、工業設備及動力裝置中。二、介質霧化噴嘴

又稱氣動式霧化噴嘴。工作原理是利用空氣或蒸汽作為霧化介質，將其壓力能轉化為高速氣流，使液體燃料噴散為霧化炬。按霧化介質壓力的高低，霧化噴嘴可分為兩類：低壓噴嘴（5~12kPa）和高壓噴嘴（300~1200kPa）。主要應用于工業設備中。6.2.3霧化的方式及常用霧化裝置6.2.3霧化的方式及常用霧化裝置6.2.3霧化的方式及常用霧化裝置6.2.3霧化的方式及常用霧化裝置6.3配風原理及裝置液體（油）燃料燃燒系統主要由燃油噴嘴和配風系統兩部分組成。燃油噴嘴的任務是將噴入燃燒系統中燃油霧化成粒度均勻、性能合理的霧化炬，而配風系統的任務是適時供給霧化炬中油滴群以合適的空氣量。配風的基本原理是在油滴群不同的燃燒階段及時、適量地分級供風，以確保燃油在爐內及時著火、燃燒及燃盡。配風的要求和類型與燃燒設備有著很強的相關性。6.4液體燃料霧化燃燒的組織液體燃料霧化燃燒過程包括霧化、蒸發、混合、著火、燃燒與燃盡等階段。一、確保與主設備匹配的霧化性能油噴嘴的霧化性能應與設備的熱功率及區域熱負荷相匹配。二、確保良好的霧化質量為了提高霧化質量，應盡量減小阻礙燃油霧化的內力，加大促進燃油霧化的外力。（1）燃油溫度提高油溫可以顯著降低燃油的黏度和表面張力。（2）霧化介質的參數主要影響因素為霧化介質的噴出速度、溫度和流量。6.4.1液體燃料霧化燃燒的組織油噴嘴影響霧化質量各因素及可調節參數

傳統汽油機噴油嘴直噴汽油機噴油嘴柴油機噴油嘴6.4.1液體燃料霧化燃燒的組織（3）油噴嘴結構主要的結構影響因素有：霧化介質噴口截面積、孔徑、孔數及長度；燃油的噴口截面積、孔徑、孔數及長度；混合孔的噴口截面積、孔徑、孔數，加工精度以及是否旋轉及旋向等；油流與氣流的交角及相對位置；混合室的大小及長度等。（4）燃油壓力

油壓越高，油流的速度越大，霧化質量越好。三、加強空氣與油霧的混合實現燃燒器中空氣利用的最大化。四、合理的穩焰技術第一種方法是在配風器上設置旋流器型穩焰器。第二種方法是在噴嘴的頭部設置鈍體。五、安全可靠的油系統確保油系統穩定運行，防止漏油、堵塞或結焦。噴油壓力和背壓的影響（汽油）噴油壓力的影響（柴油）噴油背壓的影響（柴油）噴孔方案貫穿程度噴霧

流速蒸發狀況混合狀況濕壁狀況湍流強度加工難度孔數直徑mm30.22+++++++30.24++———++—++30.26+++——————+++——+++40.17——+++++++++——+++——40.19—++++++—++—噴油器結構的影響噴油壓力（MPa）貫穿

程度噴霧

流速蒸發

狀況混合

狀況濕壁

狀況湍流

強度100————+++—120+++++++140+++++++++++160++++++++++++—+++噴油壓力的影響51水定壓加熱汽化過程的p-v圖及T-s圖一點臨界點Criticalpoint兩線上界限線(飽和水線)下界限線(飽和蒸汽線)三區液汽液共存汽五態未飽和水飽和水濕蒸汽干飽和蒸汽過熱蒸汽水的狀態可歸納為飽和水和飽和蒸汽沒有區別各種工質均具有類似水的性質臨界點是熱力學上的一個奇點，超臨界狀態下的流體具有與亞臨界狀態截然不同的屬性；在超臨界狀態下，液體與氣體之間的界面已經不復存在，液體的表面張力與蒸發潛熱都趨于零，故實際