[精华]燃烧学节选真题及详细解析

二、简答题（55分）
1.试分析影响可燃气层流火焰传播速度的因素有哪些？为提高层流火焰传播速度应该采取哪些措施？（15分）

 (1)因素

• 化学当量比 化学当量比略小于１时，火焰传播速度最大，这是由于燃料较浓时火焰中活化中心浓度较大的缘故。
• 燃料性质 -烷烃含碳量越高，火焰传播速度越大； 　-烯烃和炔烃含碳量越高，火焰传播速度小
• 添加剂 -加入惰性气体后，火焰传播速度变小； 　-加入可燃物后，火焰传播速度变大
• 可燃混合气体初始温度 vL∝T01.5~2
• 绝热火焰温度 w∝exp(-E/RT)影响很大， 　而1/(Tr-To)影响很小， 　w起决定作用。
• 压力 实验表明，一般轻质碳氢燃料在空气中燃烧，其反应级数均为n≤2。因此，它们的火焰传播速度随着压力升高而略有减小。但需要指出，此时可燃混合气的着火和火焰稳定性会恶化。当压力增加时，虽然火焰传播速度有所下降，但流过火焰面的可燃混合气质量流量却是增加的，因而在同样大小的火焰锋面内，单位时间内燃烧的燃料量将是增多。

(2)措施

• 保持化学当量比略小于1
• 如果可以选择燃料的话，尽量选择含碳量高的烷烃
• 添加可燃物
• 提高可燃混合气体初始温度
• 提高绝热火焰温度
• 如果是轻质碳氢燃料在空气中燃烧，可以适当升高压力来提升传播速度
  

  3.根据碳的燃烧速度特点，可以把碳燃烧过程分为哪几个控制区，各控制区特点（15分，此处也有可能出计算题）

  按照碳的燃烧速度公式 可见碳的燃烧速度受氧气扩散过程和碳氧化合反应的动力学因素双重作用， 燃烧速度的控制因素取决于扩散过程和化学反应动力学过程的相对强弱。 答案要点： 每个控制区的特点 （1）扩散控制燃烧区：燃烧时扩散速度远小于化学反应速度，发生在燃烧温度很高时， 使得所有扩散到碳表面的氧立即全部反应掉，整个碳的的燃烧速率取决于氧扩散到碳表面的速率。 此时，燃烧速度可以认为与温度无关，而只取决于氧浓度和氧向碳表面的扩散能力。（2）动力控制燃烧区：燃烧时化学反应速度远小于扩散速度，发生在燃烧温度不高时， 使得碳表面的氧浓度等于周围环境中的氧浓度，燃烧速率取决于化学反应动力学因素。 此时，燃烧速度可以认为与氧浓度无关，而只取决于燃烧温度。 （3）过渡燃烧区：燃烧时扩散和化学反应因素均不可忽略。碳表面的的氧浓度介于扩散和动力 燃烧之间。 此时，燃烧速度与氧浓度及其扩散能力，和燃烧温度均有密切关系。

  规律记忆口诀：木桶短板效应，谁的速度慢就取决于谁

4、影响煤粉气流着火的主要因素有哪些？（15分）

(1)燃料性质的影响

•挥发分：煤粉气流的稳定着火在很大程度上取决于所析出的挥发分在其点燃后与一次风发生反应所形成的高温燃烧产物来维持的。煤的挥发分越低，它的着火热越高。

•煤中灰分：灰分增加，燃料消耗量增加，造成着火热增加。

•水分：水分增加，用于蒸发水和过热水蒸汽的热量增加，因而增加着火热，使着火点也被推迟。 其中挥发分的影响是最主要的。

(2)一次风量的影响 •一次风量增加，着火热增加，着火推迟。理论上保证挥发分完全燃烧的一次风份额和该煤种的干燥无灰基挥发分含量相当。在实践上，对不同煤种即根据挥发分含量，也同时根据煤粉输送过程等经验确定所采用的一次风份额。同时还需要满足输粉的要求。

(3)一次风温的影响 一次风温对煤粉气流影响很大，提高一次风温可降低着火热。如果一次风气流的初温为20℃时着火热记为100%，那么当风粉混合物温度为300℃时，其着火热可降低至40.5%。因此，热风送粉对煤粉气流的着火十分有利，特别是在燃用无烟煤和贫煤时，采用很高的热空气温度，是保证挥发分燃料稳定着火的重要措施之一。

4）其他因素

• 燃烧器的空气动力工况，例如旋流燃烧器制造的回流区会引入高温烟气并被卷吸入煤粉气流可改善着火条件。

• 煤粉细度、一次风速、炉膛温度、锅炉负荷、炉内散热条件（口诀“风把细煤粉送入负荷爆表的散热良好的高温锅炉中”）等都会对着火热产生影响。

三、应用分析题（25分）

2、列举5种工程上常用的火焰稳定方法（8分）

湍流火焰稳定的方法：

(1) 值班火焰：在流速较高的预混可燃气体附近放置一个流速较低的稳定的小型点火火焰，使主气流受到小火焰不间断的点燃，只要小火焰的点火能量足够，主火焰就能够保持稳定。 （图4-43 160页）

(2) 钝体稳燃：钝体是不良流线体，在大Re数下，流体绕过钝体时，在钝体的某个位置会使流体边界层脱离开钝体，从而在下游钝体的背面形成回流区，可以反卷高温烟气成为热源，有利于稳定着火和燃烧。(见图4－37，157页）

（3）小股反向射流：采用小股高速反向射流喷入可燃主气流中，形成局部回流区来提高火焰稳定性，原理上和钝体接近，但主气流的阻力损失较小，小股射流介质可使用压缩空气，也可以使用蒸汽。

（4）旋转射流：利用旋转射流的离心作用，在燃烧室的喷口轴线附近形成回流区。

（5）受限射流：射流空间受限，散热损失小，局部气流温度高，火焰容易稳定。总结 – 湍流火焰稳定的方法可分为三类：

• 设置点火器，实时对主燃烧器提供点火能量

• 制造回流区，卷吸高温烟气，强化进入燃烧室的燃料的传热，满足着火条件稳定着火

• 改变燃烧区的散热条件，减小着火阶段火焰的散热损失，保持着火区足够的温度，稳定火焰[:]