1、重慶大學能源與環境研究所重慶大學能源與環境研究所 I Institute of nstitute of E Energy & nergy & E Environment, Chongqing Universitynvironment, Chongqing University第八章第八章 液體燃料燃燒液體燃料燃燒熱能與動力工程系熱能與動力工程系液體燃料燃燒特性液體燃料燃燒特性液體燃料的霧化過程及特性液體燃料的霧化過程及特性燃料液滴的蒸發燃料液滴的蒸發燃料液滴的燃燒燃料液滴的燃燒重慶大學能源與環境研究所重慶大學能源與環境研究所 I Institute of nstitute of

2、 E Energy & nergy & E Environment, Chongqing Universitynvironment, Chongqing University第一節第一節 液體燃料燃燒特性液體燃料燃燒特性熱能與動力工程系熱能與動力工程系液體燃料燃燒類型液體燃料燃燒類型液體燃料燃燒特征液體燃料燃燒特征強化液體燃料燃燒的措施強化液體燃料燃燒的措施重慶大學能源與環境研究所重慶大學能源與環境研究所 I Institute of nstitute of E Energy & nergy & E Environment, Chongqing Universi

3、ty nvironment, Chongqing University 一、一、液體燃料燃燒類型液體燃料燃燒類型預蒸發燃燒預蒸發燃燒l燃料進入燃燒空間之前蒸發為燃料進入燃燒空間之前蒸發為油蒸氣油蒸氣，以不同比例與空氣，以不同比例與空氣混合后混合后進入燃燒室中燃燒。進入燃燒室中燃燒。l例如：汽油機裝有汽化器，燃氣輪機裝有蒸發管。例如：汽油機裝有汽化器，燃氣輪機裝有蒸發管。l此燃燒方式與氣體燃料燃燒原理相同。此燃燒方式與氣體燃料燃燒原理相同。噴霧燃燒噴霧燃燒l把液體燃料通過噴霧器霧化成一股由微小油滴組成的把液體燃料通過噴霧器霧化成一股由微小油滴組成的霧化氣流霧化氣流，在霧化的油滴周圍存在空氣，當霧

4、化氣流在燃燒室被加熱，油滴在霧化的油滴周圍存在空氣，當霧化氣流在燃燒室被加熱，油滴邊邊蒸發蒸發，邊，邊混合混合，邊，邊燃燒燃燒。l動力行業多采用此種燃燒方式。動力行業多采用此種燃燒方式。3重慶大學能源與環境研究所重慶大學能源與環境研究所 I Institute of nstitute of E Energy & nergy & E Environment, Chongqing University nvironment, Chongqing University 1. 預蒸發燃燒l據液體燃料在著火燃燒前發生蒸發與氣化的特點，可將其燃燒分為據液體燃料在著火燃燒前發生蒸發與氣化的特

5、點，可將其燃燒分為液面燃燒、燈芯燃燒、蒸發燃燒和霧化燃燒液面燃燒、燈芯燃燒、蒸發燃燒和霧化燃燒四種方式，其中又以霧四種方式，其中又以霧化燃燒應用最為普遍。化燃燒應用最為普遍。l1）液面燃燒液面燃燒：直接在液體表面上發生的燃燒直接在液體表面上發生的燃燒。若燃料蒸氣與空氣。若燃料蒸氣與空氣的混合不良，則將導致燃料嚴重裂解，通常其中的重質成分并不發的混合不良，則將導致燃料嚴重裂解，通常其中的重質成分并不發生燃燒反應，因而將冒出大量黑煙，生燃燒反應，因而將冒出大量黑煙，嚴重污染環境空氣嚴重污染環境空氣。l液面燃燒往往是災害或事故燃燒的形式，例如油罐火災、海面浮油液面燃燒往往是災害或事故燃燒的形式，例如

6、油罐火災、海面浮油火災等。火災等。在工程燃燒中不宜采用這種燃燒方式。在工程燃燒中不宜采用這種燃燒方式。4重慶大學能源與環境研究所重慶大學能源與環境研究所 I Institute of nstitute of E Energy & nergy & E Environment, Chongqing University nvironment, Chongqing University l2）燈芯燃燒燈芯燃燒：利用燈芯的利用燈芯的毛細吸附作用毛細吸附作用將燃油由容器將燃油由容器中抽吸上來，并在燈芯表面生成中抽吸上來，并在燈芯表面生成油蒸氣油蒸氣，然后油蒸氣與，然后油蒸氣與空氣混合發生

7、的燃燒。這種燃燒方式功率小，一般只用空氣混合發生的燃燒。這種燃燒方式功率小，一般只用于家庭生活或其他小功率的燃燒器，例如煤油爐、煤油于家庭生活或其他小功率的燃燒器，例如煤油爐、煤油燈等。燈等。l3）蒸發燃燒蒸發燃燒：使液體燃料通過一定的蒸發管道，利用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，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。蒸發燃燒方式適合于然后再像氣體燃料那樣進行燃燒。蒸發燃燒方式適合于黏度不高、沸點不太高的輕質液體燃料黏度不高、沸點不太高的輕質液體燃料。5重慶大學能源與環境研究所重慶大學能源與環境研究所 I

8、 Institute of nstitute of E Energy & nergy & E Environment, Chongqing University nvironment, Chongqing University l4）霧化燃燒霧化燃燒：利用各種形式的利用各種形式的霧化器霧化器將液體燃料破碎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們懸浮在空氣中邊蒸發邊燃燒邊蒸發邊燃燒。l由于燃料的霧化，使其表面積增加了上千倍，因而有利由于燃料的霧化，使其表面積增加了上千倍，因而有利于液體燃料迅速有

9、效地燃燒。于液體燃料迅速有效地燃燒。霧化燃燒是工程實際中主霧化燃燒是工程實際中主要的液體燃料燃燒方式。要的液體燃料燃燒方式。6重慶大學能源與環境研究所重慶大學能源與環境研究所 I Institute of nstitute of E Energy & nergy & E Environment, Chongqing University nvironment, Chongqing University 5) 預蒸發燃燒特征l主要為擴散燃燒主要為擴散燃燒。由于液體燃料的沸點低于其燃點，液體。由于液體燃料的沸點低于其燃點，液體燃料的燃燒過程是燃料的燃燒過程是先蒸發氣化為油蒸氣，進而

10、進行均相擴先蒸發氣化為油蒸氣，進而進行均相擴散燃燒散燃燒。l與氣體燃料不同的是，液體燃料在與空氣混合之前存在著與氣體燃料不同的是，液體燃料在與空氣混合之前存在著蒸發氣化過程蒸發氣化過程。油滴在蒸發氣化過程中如果處于高溫缺氧。油滴在蒸發氣化過程中如果處于高溫缺氧狀態，將發生狀態，將發生熱裂解熱裂解。l輕質碳氫化合物中的輕質碳氫化合物中的氣相部分氣相部分與空氣擴散混合形成均相燃與空氣擴散混合形成均相燃燒，而輕質碳氫化合物中的液相及碳黑、焦殼等燒，而輕質碳氫化合物中的液相及碳黑、焦殼等固相部分固相部分則與空氣擴散混合形成異相燃燒。則與空氣擴散混合形成異相燃燒。7重慶大學能源與環境研究所重慶大學能源與

11、環境研究所 I Institute of nstitute of E Energy & nergy & E Environment, Chongqing University nvironment, Chongqing University 2. 噴霧型燃燒燃料油的噴霧燃燒過程分為四個階段燃料油的噴霧燃燒過程分為四個階段：l霧化階段霧化階段：將液體燃料通過噴霧器霧化成一股由微小油滴將液體燃料通過噴霧器霧化成一股由微小油滴（約（約50200 m）組成的霧化錐氣流。）組成的霧化錐氣流。霧化質量霧化質量的好壞，的好壞，直接影響到燃燒油在爐膛內燃料的化學反應速度和燃燒效直接影響到燃燒油

12、在爐膛內燃料的化學反應速度和燃燒效率。率。l蒸發階段蒸發階段：將燃料油加熱到沸點，連續產生油蒸氣。一方將燃料油加熱到沸點，連續產生油蒸氣。一方面燃燒反應需要通過面燃燒反應需要通過油的蒸發提供油的蒸發提供“油氣油氣”；另一方面，；另一方面，油的蒸發是吸熱過程，所需油的蒸發是吸熱過程，所需熱量要由燃燒反應提供熱量要由燃燒反應提供。8重慶大學能源與環境研究所重慶大學能源與環境研究所 I Institute of nstitute of E Energy & nergy & E Environment, Chongqing University nvironment, Chongqin

13、g University l“油氣油氣”與空氣的混合階段與空氣的混合階段：油及其蒸氣都是由碳氫化合物組成油及其蒸氣都是由碳氫化合物組成的，它們在高溫下若能以分子狀態與氧分子接觸，能發生燃燒反應。的，它們在高溫下若能以分子狀態與氧分子接觸，能發生燃燒反應。l缺氧狀態下缺氧狀態下，碳氫化合物因受熱發生熱裂解現象，碳氫化合物因受熱發生熱裂解現象，產生粒徑非常微產生粒徑非常微小的固體顆粒，這就是小的固體顆粒，這就是炭黑炭黑。l油粒油粒若若劇烈受熱劇烈受熱而達到較高溫度，發生裂化現象而達到較高溫度，發生裂化現象，產生較輕的分子產生較輕的分子，從油粒中飛濺出來，剩下的較重的分子呈固態，即，從油粒中飛濺出來

14、，剩下的較重的分子呈固態，即焦粒或瀝青焦粒或瀝青。l加強加強“油氣油氣”和空氣混合的主要和空氣混合的主要措施措施有三條有三條：一是提高燃燒器出口：一是提高燃燒器出口空氣流速；二是加強燃燒器出口氣流的擾動；三是送入一定量的一空氣流速；二是加強燃燒器出口氣流的擾動；三是送入一定量的一次風與油霧預先混合，以防油霧產生熱裂現象。次風與油霧預先混合，以防油霧產生熱裂現象。9重慶大學能源與環境研究所重慶大學能源與環境研究所 I Institute of nstitute of E Energy & nergy & E Environment, Chongqing University nv

15、ironment, Chongqing University l著火燃燒階段著火燃燒階段：油霧和空氣不斷的獲取熱量，迅速達油霧和空氣不斷的獲取熱量，迅速達到著火溫度以上，才能保持穩定燃燒，這個熱量叫做到著火溫度以上，才能保持穩定燃燒，這個熱量叫做著火熱著火熱。l著火熱的來源：一是高溫煙氣和爐墻的著火熱的來源：一是高溫煙氣和爐墻的輻射熱輻射熱；二；二是是回流的高溫煙氣回流的高溫煙氣與與混合物混合物（“油氣油氣”與空氣的混合與空氣的混合物）物）間的對流熱間的對流熱。10重慶大學能源與環境研究所重慶大學能源與環境研究所 I Institute of nstitute of E Energy &

16、; nergy & E Environment, Chongqing University nvironment, Chongqing University 二、液體燃料燃燒特征二、液體燃料燃燒特征1. 液體燃料的沸點低于著火溫度，液體燃料的沸點低于著火溫度，先蒸發后燃燒先蒸發后燃燒，總是燃燒其蒸汽；，總是燃燒其蒸汽；2. 燃燒過程分為三步：燃燒過程分為三步：l蒸發：較慢蒸發：較慢l混合：油蒸汽與氧相互擴散，較快混合：油蒸汽與氧相互擴散，較快l燃燒：燃燒速度高燃燒：燃燒速度高3. 液體燃燒只能在表面蒸發，并在液體燃燒只能在表面蒸發，并在離液滴離液滴表面表面一定距離一定距離的火焰面上燃的

17、火焰面上燃燒，液體表面無火焰，燒，液體表面無火焰，內部無火焰內部無火焰4. 液體燃料燃燒時，如果缺氧，會產生熱分解。液體燃料燃燒時，如果缺氧，會產生熱分解。11重慶大學能源與環境研究所重慶大學能源與環境研究所 I Institute of nstitute of E Energy & nergy & E Environment, Chongqing University nvironment, Chongqing University 三、強化液體燃料燃燒的措施三、強化液體燃料燃燒的措施1、強化液體燃料的蒸發過程、強化液體燃料的蒸發過程l 液體燃料燃燒的特點為液體液體燃料燃燒的

18、特點為液體先蒸發成油蒸汽先蒸發成油蒸汽，油氣體與，油氣體與空氣混合后才能燃燒。為加速液體燃料燃燒，必須先加空氣混合后才能燃燒。為加速液體燃料燃燒，必須先加速其蒸發過程：速其蒸發過程：l一定加熱溫度下盡量增大蒸發的一定加熱溫度下盡量增大蒸發的表面表面；l必須維持燃燒室較高的必須維持燃燒室較高的溫度溫度；l并改善霧化設備的并改善霧化設備的霧化質量霧化質量，使霧化液滴，使霧化液滴細而均勻細而均勻。12重慶大學能源與環境研究所重慶大學能源與環境研究所 I Institute of nstitute of E Energy & nergy & E Environment, Chongqi

19、ng University nvironment, Chongqing University 2、強化液體燃料與空氣的混合過程、強化液體燃料與空氣的混合過程l1 1）增強增強空氣與燃料蒸汽之間的空氣與燃料蒸汽之間的對流和紊流擴散對流和紊流擴散，加速加速已已蒸發的燃料氣體盡快著火和燃燒蒸發的燃料氣體盡快著火和燃燒。l2 2）應用）應用旋轉氣流旋轉氣流，中心形成，中心形成回流區回流區，使高溫的熱煙氣回，使高溫的熱煙氣回流至火焰根部加熱霧化氣流，使之著火、燃燒，這由調風流至火焰根部加熱霧化氣流，使之著火、燃燒，這由調風器通過器通過合理的配風合理的配風來實現。來實現。13重慶大學能源與環境研究所重慶大

20、學能源與環境研究所 I Institute of nstitute of E Energy & nergy & E Environment, Chongqing University nvironment, Chongqing University 3 3）一、二次風的合理配置一、二次風的合理配置l合理分配送入火焰根部的一次風與中心風比例合理分配送入火焰根部的一次風與中心風比例。一般將送入調風器一般將送入調風器的空氣分成兩部分。一部分從噴嘴的空氣分成兩部分。一部分從噴嘴附近附近送入，首先與霧化氣流混合，送入，首先與霧化氣流混合，稱為稱為一次風一次風；另一部分離噴嘴；另一部分離噴

21、嘴稍遠稍遠處送入，稱為處送入，稱為二次風二次風。l燃油霧化氣流的擴張角與空氣射流的擴張角度應合理匹配。燃油霧化氣流的擴張角與空氣射流的擴張角度應合理匹配。l采用旋轉氣流，使采用旋轉氣流，使燃燒器出口附近形成大小適當的回流區燃燒器出口附近形成大小適當的回流區，以利燃，以利燃料的著火與燃燒。料的著火與燃燒。l加強風、油后期的混合加強風、油后期的混合。如提高燃燒器出口風速等。如提高燃燒器出口風速等。l維持低氧燃燒、提高風速、降低阻力以及盡量促使后期混合等，也維持低氧燃燒、提高風速、降低阻力以及盡量促使后期混合等，也都是重要的配風原則。都是重要的配風原則。14重慶大學能源與環境研究所重慶大學能源與環境

22、研究所 I Institute of nstitute of E Energy & nergy & E Environment, Chongqing University nvironment, Chongqing University 3、防止或減少液體燃料化學熱分解（熱裂解）、防止或減少液體燃料化學熱分解（熱裂解）l碳氫燃料在碳氫燃料在高溫下缺氧高溫下缺氧會進行化學會進行化學熱分解熱分解。600 以下以下，碳氫化合物分解為碳氫化合物分解為輕質碳氫化合物和自由碳輕質碳氫化合物和自由碳；高于；高于650 時，除分解成輕質碳氫化合物和碳黑外，還有時，除分解成輕質碳氫化合物和碳黑外

23、，還有重質碳重質碳氫化合物氫化合物，溫度越高則熱分解速度愈快。，溫度越高則熱分解速度愈快。15重慶大學能源與環境研究所重慶大學能源與環境研究所 I Institute of nstitute of E Energy & nergy & E Environment, Chongqing University nvironment, Chongqing University l防止或減輕高溫下燃料油的熱分解防止或減輕高溫下燃料油的熱分解的措施：的措施：l從噴嘴周圍送入從噴嘴周圍送入一定空氣量一定空氣量，防止火焰，防止火焰根部根部高溫、缺高溫、缺氧而產生熱分解。氧而產生熱分解。l使使

24、霧化氣流出口區域的溫度霧化氣流出口區域的溫度適當適當降低降低，即使產生熱分，即使產生熱分解也能形成輕質碳氫化合物。解也能形成輕質碳氫化合物。l使使霧化霧化的液滴盡量的液滴盡量細細，達到迅速蒸發和擴散混合，避，達到迅速蒸發和擴散混合，避免免高溫缺氧區高溫缺氧區的擴大。的擴大。16重慶大學能源與環境研究所重慶大學能源與環境研究所 I Institute of nstitute of E Energy & nergy & E Environment, Chongqing Universitynvironment, Chongqing University第二節第二節 液體燃料霧化過程

25、及特性液體燃料霧化過程及特性熱能與動力工程系熱能與動力工程系液體燃料霧化機理液體燃料霧化機理液體燃料霧化性能指標液體燃料霧化性能指標液體燃料霧化方式及裝置液體燃料霧化方式及裝置重慶大學能源與環境研究所重慶大學能源與環境研究所 I Institute of nstitute of E Energy & nergy & E Environment, Chongqing University nvironment, Chongqing University l霧化過程就是把液體燃料霧化過程就是把液體燃料破碎破碎成成細小液滴群細小液滴群的過程。液的過程。液體燃料的體燃料的霧化霧化是液體

26、燃料噴霧燃燒過程的是液體燃料噴霧燃燒過程的第一步，第一步，也是也是關鍵一步。關鍵一步。l液體燃料霧化能增加燃料的液體燃料霧化能增加燃料的比表面積比表面積、加速燃料的蒸發、加速燃料的蒸發氣化氣化和有利于燃料與空氣的和有利于燃料與空氣的混合混合，從而保證燃料，從而保證燃料迅速而迅速而完全完全的燃燒。的燃燒。l一方面要保證液體燃料的一方面要保證液體燃料的霧化質量霧化質量，另一方面要保證液，另一方面要保證液體燃料體燃料與空氣良好混合與空氣良好混合。18重慶大學能源與環境研究所重慶大學能源與環境研究所 I Institute of nstitute of E Energy & nergy &am

27、p; E Environment, Chongqing University nvironment, Chongqing University 一、液體燃料霧化機理l液體燃料從液體燃料從噴嘴中噴出噴嘴中噴出，被分散成薄片狀，被分散成薄片狀液膜或流股液膜或流股；l由于液體初始湍流狀態和空氣對液體的作用，使由于液體初始湍流狀態和空氣對液體的作用，使液膜或流股表面液膜或流股表面發發生生彎曲和皺折彎曲和皺折；l在空氣壓力的作用下，液膜或流股越往下游發展則變得越薄、越細在空氣壓力的作用下，液膜或流股越往下游發展則變得越薄、越細，分裂為細絲或細環流分裂為細絲或細環流；l在液體在液體表面張力表面張力作用下，

28、細絲或細環狀液體破碎分裂成作用下，細絲或細環狀液體破碎分裂成液滴液滴；l在空氣流阻及表面張力的共同作用下，在空氣流阻及表面張力的共同作用下，液滴液滴繼續破碎或聚合繼續破碎或聚合。19重慶大學能源與環境研究所重慶大學能源與環境研究所 I Institute of nstitute of E Energy & nergy & E Environment, Chongqing University nvironment, Chongqing University l液滴的變形和破碎的程度取決于作用在液滴上的液滴的變形和破碎的程度取決于作用在液滴上的外力外力和和形成液滴的形成液滴的液體

29、表面張力液體表面張力之間的比值，此值常用之間的比值，此值常用維泊（維泊（Weber，We）數（）數（或稱破碎準則）來表示。或稱破碎準則）來表示。lWe數增大，液滴碎裂的可能性增加。對于油滴，當數增大，液滴碎裂的可能性增加。對于油滴，當We14時，油滴變形嚴重，以致碎裂。時，油滴變形嚴重，以致碎裂。l燃燒室中的燃燒室中的壓力增高壓力增高、相對速度增加以及液體的表面張、相對速度增加以及液體的表面張力減小，均對霧化過程有利。力減小，均對霧化過程有利。2022g11/guduWed作用于液滴表面的外力液滴內力重慶大學能源與環境研究所重慶大學能源與環境研究所 I Institute of nstitut

30、e of E Energy & nergy & E Environment, Chongqing University nvironment, Chongqing University 二、二、霧化性能指標霧化性能指標評價液體燃料霧化器的霧化性能及質量的主要指標為：評價液體燃料霧化器的霧化性能及質量的主要指標為：l霧化角、霧化細度及均勻度、流量密度分布、射程、調節霧化角、霧化細度及均勻度、流量密度分布、射程、調節比比等；對于介質霧化噴嘴，還有等；對于介質霧化噴嘴，還有氣耗率氣耗率等等。21重慶大學能源與環境研究所重慶大學能源與環境研究所 I Institute of nstit

31、ute of E Energy & nergy & E Environment, Chongqing University nvironment, Chongqing University 1 1、霧化角、霧化角l噴嘴出口處的燃料細油滴組成噴嘴出口處的燃料細油滴組成霧化錐，霧化錐，噴出的霧化氣流噴出的霧化氣流不斷卷吸爐內高溫氣體并形成擴展的氣流邊界。不斷卷吸爐內高溫氣體并形成擴展的氣流邊界。l霧化角是指噴嘴出口到霧化角是指噴嘴出口到噴霧炬外包絡線的兩條切線之間噴霧炬外包絡線的兩條切線之間的夾角的夾角，也稱，也稱噴霧錐角噴霧錐角。22 重慶大學能源與環境研究所重慶大學能源與環境研

32、究所 I Institute of nstitute of E Energy & nergy & E Environment, Chongqing University nvironment, Chongqing University l出口霧化角出口霧化角：在噴嘴出口處作霧化錐外邊界的切線，切：在噴嘴出口處作霧化錐外邊界的切線，切線的夾角即為出口霧化角線的夾角即為出口霧化角；l條件霧化角條件霧化角：以噴口中心為圓心，距離：以噴口中心為圓心，距離x為半徑（一般為半徑（一般x取取200mm）作弧，與邊界線得兩交點，連接噴口中心與）作弧，與邊界線得兩交點，連接噴口中心與兩邊界線交點

33、的連線，這兩連線間的夾角稱為條件霧化兩邊界線交點的連線，這兩連線間的夾角稱為條件霧化角，可用角，可用x表示。表示。顯然顯然x23重慶大學能源與環境研究所重慶大學能源與環境研究所 I Institute of nstitute of E Energy & nergy & E Environment, Chongqing University nvironment, Chongqing University l霧化角過大霧化角過大，油滴將會，油滴將會穿出湍流最強的空氣區域穿出湍流最強的空氣區域而造成而造成混合不良，以致增加不完全燃燒損失，降低燃燒效率混合不良，以致增加不完全燃燒損失

34、，降低燃燒效率。l霧化角過小霧化角過小，則會使燃油液滴不能有效地分布在整個燃，則會使燃油液滴不能有效地分布在整個燃燒室空間，造成與空氣的混合不良。燒室空間，造成與空氣的混合不良。l一般來說，一般來說，霧化角為霧化角為 60120。對于小尺寸燃燒室。對于小尺寸燃燒室，霧化角不宜取得過大，一般為，霧化角不宜取得過大，一般為 6080左右左右。24重慶大學能源與環境研究所重慶大學能源與環境研究所 I Institute of nstitute of E Energy & nergy & E Environment, Chongqing University nvironment, C

35、hongqing University 2 2、霧化細度、霧化細度l霧化細度霧化細度是指燃油霧化后形成的霧化炬是指燃油霧化后形成的霧化炬中油滴的粗細程中油滴的粗細程度度，它是表征油噴嘴霧化性能及質量最主要的指標之一。，它是表征油噴嘴霧化性能及質量最主要的指標之一。l霧化油滴的大小是霧化油滴的大小是不均勻不均勻的，最大與最小的油滴之間直的，最大與最小的油滴之間直徑大小的差別可達數十倍徑大小的差別可達數十倍。l一般只能用一般只能用平均直徑表示霧化細度平均直徑表示霧化細度。在工程上常用以下。在工程上常用以下兩種平均方法兩種平均方法：質量中間直徑質量中間直徑和和索太爾平均直徑索太爾平均直徑。25重慶大

36、學能源與環境研究所重慶大學能源與環境研究所 I Institute of nstitute of E Energy & nergy & E Environment, Chongqing University nvironment, Chongqing University 1）質量平均當量直徑）質量平均當量直徑dml一假定液滴直徑一假定液滴直徑，滴群中大于或小于這一直徑的兩部分滴群中大于或小于這一直徑的兩部分液滴的總質量相等液滴的總質量相等。l質量中間直徑質量中間直徑d50越小，則表示霧化粒度越細。越小，則表示霧化粒度越細。l實驗表明，全部霧化顆粒中的最大油滴直徑約為質量中實驗

37、表明，全部霧化顆粒中的最大油滴直徑約為質量中間直徑的兩倍左右。間直徑的兩倍左右。265050d dd dMM 重慶大學能源與環境研究所重慶大學能源與環境研究所 I Institute of nstitute of E Energy & nergy & E Environment, Chongqing University nvironment, Chongqing University 2）索太爾平均當量直徑）索太爾平均當量直徑dsmdl是假設油滴群中每個油滴直徑相等時，按照所測得的所是假設油滴群中每個油滴直徑相等時，按照所測得的所有有油滴的總體積油滴的總體積y與與總表面積總表

38、面積S計算計算出的油滴直徑，故又出的油滴直徑，故又稱體面積平均直徑稱體面積平均直徑。2732iliSMDiliN ddN d重慶大學能源與環境研究所重慶大學能源與環境研究所 I Institute of nstitute of E Energy & nergy & E Environment, Chongqing University nvironment, Chongqing University l從保證燃燒迅速和高效的角度來看，希望霧化粒度越細從保證燃燒迅速和高效的角度來看，希望霧化粒度越細越好。越好。l但是，但是，霧化粒度也不能過細，若過細霧化粒度也不能過細，若過細，一

39、是，一是液滴微粒易液滴微粒易被氣流帶走被氣流帶走，二是易造成，二是易造成局部燃料過濃或過貧局部燃料過濃或過貧，不利于，不利于燃燒的穩定和完全。燃燒的穩定和完全。l對于中小型鍋爐的重油或渣油霧化，對于中小型鍋爐的重油或渣油霧化，dSMD一般應小于一般應小于100120 為好。為好。28重慶大學能源與環境研究所重慶大學能源與環境研究所 I Institute of nstitute of E Energy & nergy & E Environment, Chongqing University nvironment, Chongqing University 3. 霧化均勻度l指

40、燃料霧化后指燃料霧化后液滴群液滴群顆粒尺寸的均勻程度顆粒尺寸的均勻程度。l霧化均勻度可用霧化均勻度可用均勻性指數均勻性指數n來衡量，來衡量，n可用羅辛一拉姆可用羅辛一拉姆勒（勒（Rosin- Rammler）公式求得）公式求得：29（a）粒數分布曲線；（）粒數分布曲線；（b）質量分布曲線）質量分布曲線/100nlilmddRe重慶大學能源與環境研究所重慶大學能源與環境研究所 I Institute of nstitute of E Energy & nergy & E Environment, Chongqing University nvironment, Chongqing

41、 University l霧化均勻度較差霧化均勻度較差，則油滴群中大油滴的數目較多，這顯然，則油滴群中大油滴的數目較多，這顯然不利于燃料的迅速著火和高效燃燒不利于燃料的迅速著火和高效燃燒。l霧化粒度過分均勻霧化粒度過分均勻也是不合適的，因為這將導致大部分油也是不合適的，因為這將導致大部分油滴直徑集中在某一范圍，使滴直徑集中在某一范圍，使燃燒穩定性和可調節性變差燃燒穩定性和可調節性變差。在工程實際中，應根據燃燒設備的類型、構造和氣流情況在工程實際中，應根據燃燒設備的類型、構造和氣流情況等具體條件，選擇最有利的霧化均勻度分布。等具體條件，選擇最有利的霧化均勻度分布。30重慶大學能源與環境研究所重慶

42、大學能源與環境研究所 I Institute of nstitute of E Energy & nergy & E Environment, Chongqing University nvironment, Chongqing University 4 4、流量密度分布、流量密度分布l流量密度分布特性流量密度分布特性是指在單位時間內，通過與燃料噴射是指在單位時間內，通過與燃料噴射方向相垂直的單位橫截面上方向相垂直的單位橫截面上燃料質量（或體積）沿半徑燃料質量（或體積）沿半徑方向的分布規律方向的分布規律。l在一定程度上在一定程度上反映了反映了燃燒空間內的燃燒空間內的燃料濃度分布

43、燃料濃度分布，直接，直接影響燃料在燃燒空間內能否與空氣良好混合以形成合理影響燃料在燃燒空間內能否與空氣良好混合以形成合理的濃度場。的濃度場。31重慶大學能源與環境研究所重慶大學能源與環境研究所 I Institute of nstitute of E Energy & nergy & E Environment, Chongqing University nvironment, Chongqing University 機械霧化流量密度分布機械霧化流量密度分布 介質霧化流量密度分布介質霧化流量密度分布 32離心式機械霧化噴嘴離心式機械霧化噴嘴的軸心部分存在空氣核心，因而其流的軸

44、心部分存在空氣核心，因而其流量密度分布呈量密度分布呈馬鞍形分布馬鞍形分布。介質霧化介質霧化噴嘴噴嘴、直流式噴嘴、直流式噴嘴的油霧流量密度分布呈的油霧流量密度分布呈高斯分高斯分布布，軸向的流量密度最大。，軸向的流量密度最大。重慶大學能源與環境研究所重慶大學能源與環境研究所 I Institute of nstitute of E Energy & nergy & E Environment, Chongqing University nvironment, Chongqing University 5. 噴霧射程噴霧射程l油噴嘴在噴射方向上噴出的油霧油噴嘴在噴射方向上噴出的油霧喪

45、失動能時能到達的平面與油噴嘴喪失動能時能到達的平面與油噴嘴噴口之間的距離噴口之間的距離。l霧化角大和霧化很細霧化角大和霧化很細的液滴群，其的液滴群，其射程較短射程較短；而；而霧化角較小、霧滴霧化角較小、霧滴密集密集的霧化炬由于從周圍吸入的參與霧化炬一起運動的的霧化炬由于從周圍吸入的參與霧化炬一起運動的空氣量較少空氣量較少，其射程較遠，其射程較遠。6. 調節比和氣耗率調節比和氣耗率l調節比調節比：保證霧化質量的前提下，在運行壓力范圍內油噴嘴的最大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值質量流量與最小質量流量之比值。l氣耗率：氣耗率：是僅對介質霧化噴嘴而言的參

46、數，它是指單位時間內霧化是僅對介質霧化噴嘴而言的參數，它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。介質的質量與噴液質量之比，即氣液質量比。33重慶大學能源與環境研究所重慶大學能源與環境研究所 I Institute of nstitute of E Energy & nergy & E Environment, Chongqing University nvironment, Chongqing University 三、霧化方式及裝置l液體燃料霧化主要有兩種方式：液體燃料霧化主要有兩種方式：機械霧化機械霧化和和介質霧化介質霧化l此外還有兼有這兩種方式特點的此外

47、還有兼有這兩種方式特點的組合型組合型霧化方式，其代霧化方式，其代表形式為表形式為轉杯式油噴嘴轉杯式油噴嘴。34重慶大學能源與環境研究所重慶大學能源與環境研究所 I Institute of nstitute of E Energy & nergy & E Environment, Chongqing University nvironment, Chongqing University 1. 機械霧化噴嘴l機機械霧化噴嘴也叫離心式霧化噴嘴械霧化噴嘴也叫離心式霧化噴嘴，由霧化片、旋流片由霧化片、旋流片和分流片組成和分流片組成。l燃油經燃油經油泵升壓油泵升壓后，在一定的壓力下由進油

48、管進入分流后，在一定的壓力下由進油管進入分流片上各片上各小孔小孔，然后由各小孔匯流到對應的，然后由各小孔匯流到對應的環形槽道環形槽道中，中，再由此進入并經過旋流片上的再由此進入并經過旋流片上的切向槽切向槽，使油流在中心錐，使油流在中心錐形旋流室內形成形旋流室內形成高速旋轉高速旋轉，最后從霧化片上的中心噴孔，最后從霧化片上的中心噴孔旋轉噴出旋轉噴出。在離心力的作用下，燃油被迅速破碎成液滴。在離心力的作用下，燃油被迅速破碎成液滴群，并形成一個空心的類圓錐形的霧化炬。群，并形成一個空心的類圓錐形的霧化炬。35原理原理重慶大學能源與環境研究所重慶大學能源與環境研究所 I Institute of ns

49、titute of E Energy & nergy & E Environment, Chongqing University nvironment, Chongqing University l機械霧化油燒嘴的機械霧化油燒嘴的結構簡單結構簡單、緊湊，工作噪音小、緊湊，工作噪音小，適用，適用于黏度較低的燃油。于黏度較低的燃油。l燃用霧化質量較差的油品時燃用霧化質量較差的油品時，易出現堵塞或霧化粒度較易出現堵塞或霧化粒度較粗粗等問題，油壓要求高，一等問題，油壓要求高，一般應達般應達1.52.5 MPa，系統可系統可靠性要求高，油泵耗能大靠性要求高，油泵耗能大。36特征特征重慶大

50、學能源與環境研究所重慶大學能源與環境研究所 I Institute of nstitute of E Energy & nergy & E Environment, Chongqing University nvironment, Chongqing University 2. 介質霧化噴嘴l介質霧化噴嘴又稱介質霧化噴嘴又稱氣動式霧化噴嘴氣動式霧化噴嘴，它的工作原理是利，它的工作原理是利用空氣或蒸汽作為用空氣或蒸汽作為霧化介質霧化介質，將其壓力能轉換為高速氣，將其壓力能轉換為高速氣流，使液體燃料噴散為霧化炬。流，使液體燃料噴散為霧化炬。l按照霧化介質壓力的高低，這種霧化噴嘴可分

51、為兩大類按照霧化介質壓力的高低，這種霧化噴嘴可分為兩大類，即，即低壓噴嘴低壓噴嘴和和高壓噴嘴高壓噴嘴。37原理原理分類分類重慶大學能源與環境研究所重慶大學能源與環境研究所 I Institute of nstitute of E Energy & nergy & E Environment, Chongqing University nvironment, Chongqing University 低壓空氣霧化噴嘴低壓空氣霧化噴嘴l油在較低壓力下從噴嘴中心噴出，利用速度較高的空氣（約油在較低壓力下從噴嘴中心噴出，利用速度較高的空氣（約80 m/s）從油滴四周噴入，從而將油霧化。

52、一般用于小型工業鍋爐上，所需風從油滴四周噴入，從而將油霧化。一般用于小型工業鍋爐上，所需風機壓頭機壓頭510 kPa。特點是。特點是空氣出口流通截面空氣出口流通截面可以調節。可以調節。l這種燒嘴結構簡單，調節比較方便，但是這種燒嘴結構簡單，調節比較方便，但是難以實現微量調節難以實現微量調節。燒嘴的。燒嘴的移動套管部分要求移動套管部分要求精密加工精密加工，否則易引起火焰偏斜。，否則易引起火焰偏斜。高壓氣體霧化噴嘴高壓氣體霧化噴嘴l采用高壓氣體作為霧化介質。常用的霧化介質為壓縮空氣采用高壓氣體作為霧化介質。常用的霧化介質為壓縮空氣 （0.30.7 MPa）和水蒸氣（）和水蒸氣（0.31.2 MPa

53、）。氣體霧化噴嘴氣耗率）。氣體霧化噴嘴氣耗率低低，且霧化質，且霧化質量良好量良好。38重慶大學能源與環境研究所重慶大學能源與環境研究所 I Institute of nstitute of E Energy & nergy & E Environment, Chongqing University nvironment, Chongqing University 3、組合式霧化噴嘴l轉杯式油噴嘴借助于轉杯式油噴嘴借助于機械的離心力機械的離心力和和空氣的動量空氣的動量進行霧化，并將兩進行霧化，并將兩種霧化作用有機地組合起來。種霧化作用有機地組合起來。l燒嘴的旋轉部分是由燒嘴的旋轉

54、部分是由高速旋轉的旋轉杯高速旋轉的旋轉杯和和通油的空心軸通油的空心軸組成。組成。油油通通過空心軸進入一個高速旋轉（過空心軸進入一個高速旋轉（30006000 r/min）的轉杯內壁。在）的轉杯內壁。在離心力的作用下離心力的作用下被被霧化。軸上還裝有一次風機葉輪，可在高速旋轉霧化。軸上還裝有一次風機葉輪，可在高速旋轉時產生較高壓頭的一次風，同時促進霧化。時產生較高壓頭的一次風，同時促進霧化。39原理原理重慶大學能源與環境研究所重慶大學能源與環境研究所 I Institute of nstitute of E Energy & nergy & E Environment, Chon

55、gqing University nvironment, Chongqing University 3、組合式霧化噴嘴l轉杯式油噴嘴轉杯式油噴嘴霧化質量好霧化質量好，運行油壓低運行油壓低，調節比高達，調節比高達5左右；熱態左右；熱態運行時點火容易，燃燒穩定，火焰短，對油品要求不高；但比較笨運行時點火容易，燃燒穩定，火焰短，對油品要求不高；但比較笨重，運行噪聲大。重，運行噪聲大。l轉杯式噴嘴常用于中小型鍋爐及窯爐等裝置的燃燒設備。轉杯式噴嘴常用于中小型鍋爐及窯爐等裝置的燃燒設備。40特征特征重慶大學能源與環境研究所重慶大學能源與環境研究所 I Institute of nstitute of E

56、 Energy & nergy & E Environment, Chongqing Universitynvironment, Chongqing University第三節第三節 液滴的蒸發液滴的蒸發熱能工程系熱能工程系燃料液滴蒸發時的斯蒂芬流燃料液滴蒸發時的斯蒂芬流相對靜止環境中燃料液滴的蒸發相對靜止環境中燃料液滴的蒸發強迫氣流液滴的蒸發強迫氣流液滴的蒸發燃料液滴群的蒸發燃料液滴群的蒸發重慶大學能源與環境研究所重慶大學能源與環境研究所 I Institute of nstitute of E Energy & nergy & E Environment,

57、Chongqing University nvironment, Chongqing University l燃料蒸氣含量燃料蒸氣含量在液滴表面最高。隨著在液滴表面最高。隨著半徑增大，含量（質量分數）逐漸減半徑增大，含量（質量分數）逐漸減小，直到無窮遠處，小，直到無窮遠處， 。l對于對于空氣空氣，其質量分數的變化正好，其質量分數的變化正好相相反反，在無限運處，在無限運處 ，并逐，并逐漸減小到液滴表面的漸減小到液滴表面的 值。值。l在在任意半徑處任意半徑處，有，有 421 1、液滴蒸發時的斯蒂芬流液滴蒸發時的斯蒂芬流燃料液滴蒸氣過程燃料蒸氣和其他氣體燃料液滴蒸氣過程燃料蒸氣和其他氣體x（空氣）含

58、量（質量分數）的變化趨勢（空氣）含量（質量分數）的變化趨勢lg0mxg1.0mxgsmxglg1.0mm液滴表面液滴表面組分濃度分布特征組分濃度分布特征重慶大學能源與環境研究所重慶大學能源與環境研究所 I Institute of nstitute of E Energy & nergy & E Environment, Chongqing University nvironment, Chongqing University l空氣和燃料蒸氣在空氣和燃料蒸氣在液滴表面液滴表面與環境之間存在與環境之間存在濃度梯度濃度梯度。由于濃度梯度的。由于濃度梯度的存在，使燃料蒸氣不斷地從表

59、面向外擴散；相反地，空氣存在，使燃料蒸氣不斷地從表面向外擴散；相反地，空氣x則從外部環境則從外部環境不斷地向液滴表面擴散。不斷地向液滴表面擴散。l在在液滴表面液滴表面，空氣力圖向液滴內部擴散，然而空氣既不能進入液滴內部，空氣力圖向液滴內部擴散，然而空氣既不能進入液滴內部，也不在液滴表面凝結。因此，為也不在液滴表面凝結。因此，為平衡空氣的擴散趨勢平衡空氣的擴散趨勢，必然會產生一個，必然會產生一個反向流動反向流動。根據。根據質量平衡定理質量平衡定理，在液滴表面這個反向流動的氣體質量正，在液滴表面這個反向流動的氣體質量正好與液滴表面擴散的空氣質量相等。這種氣體在液滴表面或任一對稱球好與液滴表面擴散的

60、空氣質量相等。這種氣體在液滴表面或任一對稱球面以某一速度面以某一速度 vg離開的對流流動被稱為離開的對流流動被稱為斯蒂芬（斯蒂芬（Stefan）流）流。43斯蒂芬（斯蒂芬（Stefan）流）流重慶大學能源與環境研究所重慶大學能源與環境研究所 I Institute of nstitute of E Energy & nergy & E Environment, Chongqing University nvironment, Chongqing University l斯蒂芬流數學表達式：斯蒂芬流數學表達式：l在蒸發液滴外圍的任一對稱球面上，由在蒸發液滴外圍的任一對稱球面上，由

61、斯蒂芬流引起的空氣斯蒂芬流引起的空氣質量遷移質量遷移正好與正好與分子擴散引起的空氣質量分子擴散引起的空氣質量遷移相抵消，因此遷移相抵消，因此空氣的總質量遷移為空氣的總質量遷移為0。l實際上不存在實際上不存在x組分的宏觀流動組分的宏觀流動。真正存在的流動是由于斯真正存在的流動是由于斯蒂芬流動引起燃料蒸氣向外對流，其數量為蒂芬流動引起燃料蒸氣向外對流，其數量為：44xgdm0dgggxgDv mr2ml,0gsgs1lgs4qvr m斯蒂芬（斯蒂芬（Stefan）流）流重慶大學能源與環境研究所重慶大學能源與環境研究所 I Institute of nstitute of E Energy & nergy & E Environment, Chongqing University nvironment