会计学13.1扩散燃烧和动力燃烧在气体燃料的燃烧中，由于燃料与氧化剂(空气或氧气)同为气相，所以这是一种均相燃烧。燃气和氧化剂可以在送入燃烧室之前预先混合，也可以分别送入燃烧室再进行混合。通常根据燃料与氧化剂有否预先混合可把燃烧分为两类：一类为预混燃烧，另一类为非预混燃烧。预混燃烧的特点是燃料与氧化剂预先按一定(yīdìng)比例均匀混合，形成可燃混合气后燃烧，故燃烧速率决定于化学反应速率，燃烧受化学动力学因素控制。非预混燃烧的特点是燃料与氧化剂在燃烧装置内边扩散混合边燃烧。这时燃烧过程受到化学动力学因素与扩散混合因素的影响。如果燃烧过程主要受扩散混合因素控制，则称为扩散燃烧。反之如果主要受化学动力学因素控制，则称为动力燃烧。气体燃料、液体燃料与固体燃料的燃烧中，根据燃烧条件可能都会出现动力燃烧和扩散燃烧，或处于两者之间的过渡燃烧。本章只讨论气体燃料的扩散燃烧，它是研究扩散燃烧的基础。一般来说，燃烧所需的全部时间通常包括两部分：即气体燃料与氧化剂混合所需时间τmix以及燃料进行(jìnxíng)化学反应所需时间τche。如果不考虑这两种过程的重叠，则整个燃烧时间τ就是上述两种时间之和，即τ=τmix+τche。如果τmix<<τche，则τ≈τche，即燃烧过程受化学动力学因素控制，而为动力燃烧工况。这是在预混与非预混燃烧中都可能存在的情况。这时燃烧速率将强烈地受到化学动力学因素控制，可燃混合气的性质、温度、压力、浓度等的变化将强烈地影响燃烧速率，而气流速度、气流流过的物体形状和尺寸等与扩散混合有关的因素，对燃烧速率并无显著影响。反之，如τmix≥τche，则τ≈τmix，即化学反应进行很快，燃烧过程受混合扩散因素控制，为扩散燃烧工况，这时燃烧速率与化学动力学因素的关系不大，而流体动力学因素对燃烧速率起主要作用。这种混合过程是通过分子扩散或气团扩散完成的。例如对非预混燃烧，当燃烧区温度高到足以使化学反应瞬间完成，这时即处于这种燃烧工况。实际上，有些燃烧过程可能处于上述两种极端(jíduān)情况之间，这时τmix与τche相差不大，故燃烧过程同时要受到化学动力学因素与流体力学因素影响，这是一种最复杂的燃烧工况。燃料的燃烧处于哪一种燃烧工况并不完全取决于是否与氧化剂预混，而取决于τche与τmix在整个燃烧时间中所占比例，而且在一定条件下还会互相转换。通过下面的讨论有助于理解这一问题。燃料与氧化剂是否预混以及预混气中燃料与氧化剂的配合比例可用空气系数α(当氧化剂为空气时)表示。在图13-1中表示出将不同α的预混可燃气喷入空气中进行燃烧时，燃烧工况的变化。图13-1气体燃料燃烧(ránshāo)火焰在不同空气系数条件下的变化情况13.1.1α≥1的情况当α≥1时为纯动力燃烧(图13-1中1和2两种工况)。这时只有一层动力燃烧火焰前锋I，并且随着α的增加，动力燃烧火焰前锋将伸长。在燃烧技术中常根据火焰的外观将它分为有焰燃烧和无焰燃烧。所谓有焰燃烧．实际上即指非预混燃烧，这是由于燃料在进行边混合边燃烧过程中，因燃料经受较长时间的加热而分解，在火焰中生成较多的固体碳粒，碳粒的发光效应使火焰明亮且有鲜明轮廓，有焰燃烧也由此而得名。也有人称它为火炬(huǒjù)式燃烧。所谓无焰燃烧，实际上是指α>1的预混气燃烧，因为这时燃烧的火焰中含发光碳粒较少且火焰较短，在炽热的炉壁背景下几乎看不出火焰，无焰燃烧也因此而得名。13.1.2α<1的情况对于α<1的情况，由于可燃混合气中空气不足，这时在燃烧火焰中将出现动力燃烧火焰前锋I与扩散燃烧火焰前锋II两层火焰前锋。这是由于在动力燃烧火焰前锋处只能把可燃混合气中相当于化学当量比的那部分燃料烧掉，而形成动力燃烧火焰前锋I，其余没有烧掉的燃料就与完全燃烧后生成的燃烧产物混合起来，形成一种相当于掺杂了惰性气体的气体燃料。这种气体燃料将与周围空气相互混合并继续燃烧，形成扩散火焰前锋II。随着α的减小，由于火焰传播速度的降低，动力燃烧火焰前锋变长，与此同时在动力燃烧火焰上未燃烧的剩余燃料将增加，故需从周围空气中扩散进来更多的空气才能使燃料完全燃烧，因此扩散燃烧火焰前锋也将伸长。到极端情况α=0时(即非预混燃烧)，燃烧过程就变成纯扩散燃烧。这时只有(zhǐyǒu)一层扩散燃烧火焰前锋II。这种现象如图13-1上的3，4，5和6所示。13.2扩散燃烧火焰结构在实际的气体燃料燃烧装置中，燃料与空气通常都采用射流形式供入。由于燃烧装置结构的差异，射流的形式有多种多样。诸如圆柱形射流，平行射流，交叉射流，旋转射流等，射流的流动以及燃料与空气间的动量、质量和能量(néngliàng)交换各有特点，因此其燃烧过程亦有差异。在扩散燃烧中，燃料与空气的混合依靠它们之间的质量扩散，因此扩散燃烧的速度也主要取决于扩