非預混燃燒是指燃料與空氣未經預先混合，在分別送入燃燒設備後採用邊混合邊燃燒的燃燒方式。由於燃料和空氣未預混，故允許將兩者預熱至較高的溫度（不受著火溫度限制），以便充分利用廢氣餘熱，並可使低發熱量燃料也能達到較高的燃燒溫度。非預混燃燒具有穩定燃燒範圍（指燃料-空氣比的變化範圍）寬和不會產生回火等優點，因此在燃燒設備中常採用非預混燃燒。
基本介紹
- 中文名：非預混燃燒
- 外文名：Non premixed combustion
- 又稱：擴散燃燒
- 求解方法：火焰面方法
- 優點：穩定燃燒範圍寬和不會產生回火
- 影響因素：噴口的數量和噴口間距
特點,計算方法,熱效率的提高方法,
特點
由於燃料和空氣未預混，故允許將兩者預熱至較高的溫度 (不受著火溫度限制)，以便充分利用廢氣餘熱，並可 使低發熱量燃料也能達到較高的燃燒溫度。
非預混燃燒具有穩定燃燒範圍(指燃料空氣比的變化範圍) 寬和不會產生回火等優點，因此在燃燒設備中常採用非預混燃燒。
非預混燃燒具有以下兩個特點：(1)由於是邊混合邊燃燒，故燃燒火焰長度較長；(2)在空氣供應不足或與燃 料混合欠佳時，一些尚未進入火焰前鋒的燃料因受熱會分解產生碳粒和難於燃燒的重質碳氫化合物，這將造成不完全燃燒。此外，常把氣體燃料的非預混燃燒稱作“有焰燃燒”。
而預混燃燒在充滿預混合氣的燃燒設備內，通常是在某一局部區域首先著火，接著形成一層相當薄的高溫燃燒區，靠它幫助使鄰近的預混合氣引燃，逐漸把燃燒擴展到整個混合氣範圍。這層高溫燃燒區如同一個分界面，把燃燒完的已燃氣體（燃燒產物）和尚未進行燃燒的未燃混合氣分隔開來。在它的前方是未燃的混合氣，而在它的後方是已燃的燃燒產物。隨時間推移，火焰面在預混合氣中不斷向前擴展，呈現出火焰傳播的現象
在著火以後隨著溫度增加，燃燒速率猛烈增加，並大大超過了可燃混合氣的形成速率。此後，由於滯燃期內形成的可燃混合氣耗盡，燃燒速率迅速下降，形成一個銳峰，不易辨認其與後繼燃燒階段的分界。
計算方法
非預混燃燒現象廣泛存在於液體火箭發動機等液體推進劑噴霧燃燒、戰術飛彈等固體藥柱燃面退移燃燒領域。有限速率化學反應動力學模型的各種數值算法。
火焰面方法是求解非預混燃燒最有效的手段之一。
火焰面方法僅需求解流動控制方程和一個混合分數傳輸方程， 然後根據各格線點的混合分數分布及火焰面方程預先生成的火焰面庫， 插值得出流場的組分及溫度分布。該方法略去了燃燒流場控制方程中含剛性化學源項的組分及能量方程， 減少了控制方程數量， 並有效避免了流場與化學反應的耦合， 現已成為最有效的非預混燃燒數值計算方法。
熱效率的提高方法
燃燒器噴口的數量和噴口間距是影響燃燒器效率的兩個很重要的因素，合理調節燃燒器中噴口的數量和布局 , 會對整個燃氣爐熱效率的變化起到重要作用 。不論噴口數量多少，燃燒器噴口間距為 2ds 時， 火焰最長，高溫區域範圍最廣 ；當各股氣流之間的擾動成為影響火焰長度的主要因素時，37 個噴口的布局方案使得火焰長度最短，高溫區域分布最集中；當噴口之間的間距成為影響燃氣和空氣混合速率的主導因素後 ，74 個噴口的布局方案使得火焰最短，高溫區域最集中 。因此 ,要提高燃氣爐的熱效率，可以從改變燃燒器的結構入手，在燃氣量一定的情況下，改變火焰長度，調整高溫區域的分布範圍 。
噴口數量相同，噴口間距改變
不論噴口數量如何變化, 火焰長度和溫度分布情況與噴口間距的關係基本一致。當噴口間距為2ds 的時候，火焰長度達到最大值，燃燒區域中溫度高於 1 500 K 的高溫區域的分布範圍最廣；當噴口間距小於 2ds 的時候同，火焰的長度會隨著噴口間距的增加而變長，高溫區域的分布範圍也會隨著噴口間距的增加而擴大；當噴口間距大於 2ds 的時候，火焰的長度會隨著噴口間距的增加而變短，高溫區域分布範圍也會相應縮小。
非預混燃燒中空氣和燃氣以不同的路徑進入燃燒區域，邊混合邊燃燒，燃燒速率和火焰長度均取決於燃氣和空氣的混合速度 。噴口間距的變化會直接影響到它們的混合速率，且因為噴口間距的不同 , 影響燃氣和空氣混合速率的主導因素也不一樣 。當燃氣噴口的間距小於 2ds 的時候，各股燃氣經噴口進入燃燒區域後 ，相近氣流之間會相互擾動 ,各噴口間距越小，這種擾動越劇烈，使得燃氣和空氣的混合速率越快，燃燒速度越大，則火焰越短，高溫區域越集中 。隨著噴口間距的增大；各股燃氣間的擾動不斷減小，火焰增長；當燃氣噴口的間距大於 2ds 後，各股燃氣間的擾動幾乎可以忽略，此時影響燃氣和空氣混合速率的主要因素是各股氣流間的空間， 空間越大，燃氣和空氣接觸混合的幾率就越大，燃燒得越快，火焰越短，高溫區域越小。
噴口數量不同，噴口間距比例相同
火焰的長度不僅受噴口間距的影響 , 噴口數量對其的作用也不可忽略 。當噴口間距小於等於 2ds 時，影響火焰長度的主要因素是各股氣流之間的擾動，各股氣流之間擾動最強烈的情形表現在噴口數量為 37 個時，此時相對於其它數量的噴口布局而言火焰長度最短，高溫區域最集中 。當噴口間距大於 2ds 以後，影響燃氣和空氣之間混合速率的主要因素是噴口間距 , 噴口間距越大火焰就越短 。相對於不同的噴口半徑而言，當噴口數量為 74 個時噴口間距與噴口半徑的比值最大， 說明該工況下的噴口分布最為稀疏，所以與其它情況相比，此時的火焰長度最短，高溫區域分布範圍最小。
