燃烧学-科普123

燃烧学

生物科学2023-02-03 07:43:57百科

燃烧学

[拼音]：ranshaoxue

[外文]：science of combustion

研究燃烧现象、实践和理论的科学。燃烧是涉及到化学、热力学、传热传质学和流体力学等问题的复杂过程。只有在燃烧理论的指导下和实践的基础上才有可能设计出燃烧完善程度高、稳定工作范围宽的燃烧室。

燃烧

燃料迅速氧化，放出热量并产生可见火焰的物理化学过程。燃烧时必须同时有燃料和氧化剂。在吸空气的发动机中燃料往往是燃油，氧化剂一般是空气中的氧。燃油与空气以一定的比例混合进行燃烧时，混合气中燃油与空气的重量比称为燃油-空气比，简称油气比。每一种燃油都有它的化学恰当油气比数值，在这油气比下，混合气燃烧后燃油和氧按化学计量式应同时耗尽，并得出完全燃烧产物。油气比大于化学恰当比的混合气称为富油混合气，反之为贫油混合气。混合气的着火方法有两种：混合气达到一定温度时将发生自燃；否则要借助点火源来着火。发动机中多数使用后者（见发动机起动）。静止的均匀混合气在一定的温度和压力下一般可借助点火源而着火，此时若将点火源撤离，火焰仍可在其中继续传播。因此，这个范围的边界称为着火极限(分富油极限和贫油极限)。

火焰传播速度

在静止或层流流动的均匀混合气中，火焰前锋(简称焰锋)沿法向相对于新鲜混合气的推进速度称为层流火焰传播速度。火焰在紊流流动混合气中的传播速度称为紊流火焰传播速度。由于紊流的影响，火焰表面变得非常粗糙，化学反应区扩大，故紊流火焰传播速度比层流火焰传播速度大得多。烃类燃料的火焰传播速度一般层流是数十厘米每秒，紊流约为层流的两倍。火焰传播速度是用来计算和组织燃烧过程的重要数据，一般通过实验来确定。

燃烧波

在燃烧室中混合气点燃后，火焰前锋即向新鲜混合气推进形成燃烧。在混合气中传播的焰锋表面称为燃烧波。燃烧波的类型有两种:爆燃波和爆震波，视油气比大小和容器封闭情况而定。爆燃波的传播速度是低亚音速的，喷气发动机中的燃烧过程属于这种类型。当燃烧区的压力和温度高达一定数值后，燃烧波就成为爆震波，爆震波的传播速度为超音速，可高达5000米/秒。它是一种伴有化学反应的冲击波，波后的压力和温度可增高很多，具有很大的破坏性，必须避免在一般发动机中发生爆震波。

火焰稳定

当气流沿焰锋的法向分速度等于火焰传播速度时，火焰稳定，不会被气流带走而熄灭。空气喷气发动机燃烧室中的平均气流速度大大超过火焰传播速度，因此必须采用各种有效方法造成局部低速区来满足火焰稳定条件（见燃烧室、加力燃烧室）。

扩散火焰

在发动机燃烧室中的混合气实际上不是均匀的，在混合气中燃油蒸气和周围空气中的氧气相互扩散到达反应区，在那里进行混合和燃烧，这时形成的火焰称为扩散火焰。扩散火焰的燃料可以是气态的（如气态燃料射流火焰）、液态的(如液滴和液滴群燃烧)和固态的（如煤粉燃烧）。同时存在气体、液体和固体燃料或任意两种相态时，称为两相或多相燃烧。扩散火焰又可分为层流扩散火焰和紊流扩散火焰。

液体推进剂的燃烧

液体火箭发动机使用的液体推进剂一般是二元或单元的。它们又可分为自燃和非自燃的。二元推进剂的燃料和氧化剂通过燃烧室头部的喷注器以高速射流注入燃烧室，形成液滴群，它们相互撞击，雾化，蒸发，同时伴随传热传质过程。在正常情况下，点火后燃烧室内发生气相和液相化学反应，并维持恒压燃烧。单元推进剂是能进行可控放热分解或燃烧的液体，因此只要把它喷射到燃烧室中去即可。由于推进剂燃烧过程非常复杂，对它们的分析和组织仍有赖于经验。喷注器的型式、数量和配置以及燃烧室形状是影响稳定恒压燃烧的重要因素。