第七章液体燃料的雾化

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1、第七章第七章 颗粒燃料的燃烧颗粒燃料的燃烧刘雪玲天津大学热能工程系PM2.5PM2.5：particulate matter 颗粒物，是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物，也称为可入肺颗粒物。它的直径还不到人的头发丝粗细的1/20。根据PM2.5检测网的空气质量新标准： 优：035 良：3575 轻度污染：75115 中度污染：115150 重度污染：150250 严重污染：250及以上12月8日，预报PM2.5指数最高值达到395。图为记者在济南市山大路拍到的街景。（中新社发 邱江波 摄）发动机中喷射的汽油和柴油燃发动机中喷射的汽油和柴油燃料料（一）液体燃料燃烧（一）液体燃料燃烧（一）

2、液体燃料燃烧（一）液体燃料燃烧航空燃气（涡）轮（发动）机航空燃气（涡）轮（发动）机（一）液体燃料燃烧（一）液体燃料燃烧运载火箭发动机运载火箭发动机（美国阿波罗土星推（美国阿波罗土星推进器，中国神九长征进器，中国神九长征2号运载火箭液体助推器）号运载火箭液体助推器）雾化雾化液滴汽化、蒸液滴汽化、蒸发发燃料与空气混合燃料与空气混合液滴燃烧液滴燃烧（一）液体燃料燃烧（一）液体燃料燃烧液体燃料燃烧过程液体燃料燃烧过程 （较气体复杂）（较气体复杂）雾化概念及过程雾化概念及过程雾化概念雾化概念：用物理方法使液体燃料碎裂成细小液滴 群的过程。 1) 液体由喷嘴流出形成液柱或液膜。2) 由于液体射流本身的初始

3、湍流以及周围气体对 射流的作用（脉动、摩擦等），使液体表面产 生波动、褶皱，并最终分离出液体碎片或细丝。3) 在表面张力的作用下，液体碎片或细丝收缩成球 形油珠。4)在气动力作用下，大油珠进一步碎裂。注意：雾化是注意：雾化是物理过程物理过程、雾化后不是气体、雾化后不是气体雾化过程：雾化过程：增加燃料的比表面积有利于燃料与空气的混合完全燃烧加速燃料的蒸发汽化液体燃料的雾化液体燃料的雾化作用：作用：1、雾化角、雾化角 R=100mm雾化角：雾化角：又称油雾炬的张角，指喷嘴出口到喷雾炬外包络线的两条切线之间的夹角。液体燃料的雾化特性（评价指标）液体燃料的雾化特性（评价指标）r条件雾化角：条件雾化角：

4、以喷嘴为圆心，r为半径的圆弧和外包络线交点与喷口中心连线的交角。雾化角的大小对燃烧完善程度和经济性有很大影响，是雾化器设计的一个重要参数。R=100mm液体燃料的雾化特性（评价指标）液体燃料的雾化特性（评价指标）r雾化角对燃烧影响：雾化角对燃烧影响：过大：油滴穿出湍流最强区域，混合不良，燃烧不完全，降低燃烧效率。过小：液滴不能有效分布在这个燃烧室空间，造成局部过剩空气系数过大，燃烧温度下降、着火困难、燃烧不良。雾化角对火焰的影响：雾化角对火焰的影响：过大：火焰粗而短；过小：细而长。液体燃料的雾化特性（评价指标）液体燃料的雾化特性（评价指标）2、雾化液滴细度、雾化液滴细度Sauter平均直径：平

5、均直径：假设每个液滴直径相等时，按所测得的所有液滴的总体积V与总表面积S计算出来的液滴直径。iiiidnSdnV236SVdSMD6223366SMDiiSMDiidndnSdndnV液体燃料的雾化特性（评价指标）液体燃料的雾化特性（评价指标） 质量中间直径质量中间直径MMD：D50: Mass-median-diameter (MMD). The log-normal distribution mass median diameter. The MMD is considered to be the average particle diameter by mass假设存在一中间直径dm，大

6、于与小于dm的油珠的总质量相等。dmddmdMM液体燃料的雾化特性（评价指标）液体燃料的雾化特性（评价指标）3、雾化均匀度、雾化均匀度%exp100niddRRdi n大大n 均匀度指数，均匀度指数，n=14燃料雾化后液滴颗粒尺寸的均匀程度。燃料雾化后液滴颗粒尺寸的均匀程度。 Rosin-Rammlar分布分布 :特征尺寸特征尺寸R=36.8的液滴直径dR： 液滴质量液滴质量(体积体积)占取占取样总质量样总质量(体积体积)的百分数的百分数ddi 例：R90=32:大于 90m的颗粒占总颗粒的32液体燃料的雾化特性（评价指标）液体燃料的雾化特性（评价指标）4、流量密度分布、流量密度分布 单位时间

7、内在油滴运动的法线方向上，单位面积上通单位时间内在油滴运动的法线方向上，单位面积上通过的油滴的流量。过的油滴的流量。 判断油雾断面上油量分布的均匀程度。判断油雾断面上油量分布的均匀程度。旋流喷嘴油滴流量密度分布曲线旋流喷嘴油滴流量密度分布曲线00直流喷嘴油滴流量密度分布曲线直流喷嘴油滴流量密度分布曲线RRR流量密度流量密度流量密度流量密度R液滴集中在油雾距轴线附液滴集中在油雾距轴线附近，燃烧时间长、火焰长近，燃烧时间长、火焰长液滴分布较均匀，与空气液滴分布较均匀，与空气混合好，燃烧快、火焰短混合好，燃烧快、火焰短液体燃料的雾化特性（评价指标）液体燃料的雾化特性（评价指标）雾化对燃烧影响：雾化对

8、燃烧影响： 雾化越细，烧越充分；雾化越细，烧越充分；雾化的好坏，是组织好燃料燃烧的前提。雾化的好坏，是组织好燃料燃烧的前提。油粒的蒸发与燃烧油粒的蒸发与燃烧 蒸发蒸发 受热产生油蒸气 热解和裂化热解和裂化 油蒸汽高温下受热分解，产生固体碳和氢气。 液体油粒也会裂化出较轻的分子，剩下较重的分子。 着火燃烧着火燃烧 油蒸汽、热解和裂化产物与氧接触、达到着火温度时，着火燃烧。氧气氧气油气油气热解产物热解产物裂化产物裂化产物燃烧产物燃烧产物燃烧前沿燃烧前沿含氧介质含氧介质单个液滴的燃烧模型单个液滴的燃烧模型油粒燃烧过程特点油粒燃烧过程特点燃烧反应燃烧反应油的蒸发油的蒸发提供反应物质提供热量整个燃烧过程