燃燒學(xué)(7)資料講課講稿

燃燒學(xué)(7)資料燃燒的主要種類瑞利方程：(pp-p0)/(1/ρp-1/ρ0)=-m2修貢紐方程：κ(pp/ρp-p0/ρ0

)/(κ-1)-0.5(pp-p0)(1/ρp+1/ρ0)=Q主要種類爆燃：弱爆燃、強(qiáng)爆燃緩燃：弱緩燃、強(qiáng)緩燃2燃燒的主要種類3火焰?zhèn)鞑ヮA(yù)混氣體燃燒過程：著火燃燒火焰?zhèn)鞑ィ夯鹧婷嫦蚩扇蓟旌蠚獾耐七M(jìn)局部著火燃燒在一薄層內(nèi)進(jìn)行：火焰面，厚度<1mm火焰面將可燃混合氣與燃燒產(chǎn)物分開火焰面逐層傳播，直到燃盡4火焰?zhèn)鞑ガF(xiàn)象5火焰?zhèn)鞑サ挠绊懸蛩丶捌浞诸惢鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊懸蛩乜扇蓟旌蠚獾奈锢砘瘜W(xué)性質(zhì)氣流流動(dòng)狀況按照氣流速度的大小層流火焰?zhèn)鞑ィ和牧骰鹧鎮(zhèn)鞑ィ?層流火焰?zhèn)鞑恿骰鹧鎮(zhèn)鞑ィ毫鲃?dòng)為層流湍流火焰?zhèn)鞑パ芯康幕A(chǔ)分析火焰?zhèn)鞑C(jī)理7層流火焰?zhèn)鞑ニ俣然鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣萐L：火焰面在其法線方向上相對(duì)于可燃混合氣的移動(dòng)速度火焰?zhèn)鞑ニ俣龋篠L=Un-wn氣流速度等于零：wn＝0，SL=Un氣流速度等于火焰?zhèn)鞑ニ俣龋?/p>

SL=-wn，Un=0，火焰面位置駐定層流火焰?zhèn)鞑ニ俣葴y(cè)定：本生燈8幾種可燃混合氣的層流火焰?zhèn)鞑ニ俣?層流火焰?zhèn)鞑ダ碚搶恿骰鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣龋夯咎匦詤?shù)：與燃料種類、氧化劑種類、可燃混合氣組成、溫度、壓力等有關(guān)SL=f(Cfuel,Cox,T,P)層流火焰?zhèn)鞑ニ俣壤碚摕崃碚摚夯瘜W(xué)反應(yīng)集中于火焰面內(nèi)，劇烈反應(yīng)和放熱引起極大的溫度梯度和濃度梯度，新鮮可燃混合氣的著火和燃燒由導(dǎo)熱維持?jǐn)U散理論：化學(xué)反應(yīng)集中于火焰面內(nèi)，劇烈反應(yīng)和放熱引起極高的溫度梯度和濃度梯度，新鮮可燃混合氣的著火和燃燒由自由基擴(kuò)散維持，自由基主要是H、OH等10層流火焰面結(jié)構(gòu)11層流火焰?zhèn)鞑サ臒崃碚撝饕僭O(shè)火焰面中的化學(xué)反應(yīng)是熱活化的結(jié)果：火焰面劇烈放熱－熱傳導(dǎo)加熱可燃混合氣－活化中心增加－引起劇烈化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)為簡(jiǎn)單反應(yīng)，活化能很高：不考慮鏈鎖反應(yīng)引起的活化中心增加；活化能越高，火焰面厚度越小，反應(yīng)區(qū)溫度接近于理論燃燒溫度反應(yīng)物和燃燒產(chǎn)物均為理想氣體，各種熱物理參數(shù)均為定值反應(yīng)區(qū)定壓、絕熱氣流為一維流動(dòng)火焰位置駐定，火焰形狀為平面坐標(biāo)系原點(diǎn)位于火焰面上：新鮮預(yù)混可燃?xì)饬魅?，燃燒產(chǎn)物流出12基本方程組連續(xù)性方程：ρw=ρ0w0=ρ0SL=constant動(dòng)量輸運(yùn)方程：p=const能量輸運(yùn)方程：邊界條件:13求解過程準(zhǔn)確求解困難：非線性項(xiàng)近似求解：分區(qū)近似求解法：預(yù)熱區(qū)+反應(yīng)區(qū)預(yù)熱區(qū)：δp，忽略化學(xué)反應(yīng)，在預(yù)熱區(qū)厚度δp處，可燃混合氣達(dá)到著火溫度反應(yīng)區(qū)：δc，忽略對(duì)流熱14預(yù)熱區(qū)求解求解方程：邊界條件：結(jié)果：15反應(yīng)區(qū)求解求解方程：邊界條件：結(jié)果：16火焰?zhèn)鞑ニ俣扔?jì)算預(yù)熱區(qū)與交界面上溫度導(dǎo)數(shù)相等：著火溫度Ti未知，需近似求解Cf,0q=ρ0cp(Tf-T0)平均反應(yīng)速度：17層流火焰?zhèn)鞑ニ俣扔?jì)算式層流火焰?zhèn)鞑ニ俣扔?jì)算式：變形后得到層流火焰?zhèn)鞑ニ俣扔?jì)算式為：18幾點(diǎn)說(shuō)明當(dāng)可燃混合氣種類、組成確定后，層流火焰?zhèn)鞑ニ俣仁且粋€(gè)特性參數(shù)。確定層流火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊闹饕獑栴}是確定平均反應(yīng)速度。火焰?zhèn)鞑ニ俣扔?jì)算公式不是太準(zhǔn)確，但說(shuō)明影響了層流火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊闹饕蛩亍?9火焰?zhèn)鞑ニ俣扔?jì)算值與測(cè)量值的對(duì)比20層流火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊臏y(cè)定圓柱管法：靜力法，預(yù)混可燃?xì)忪o止，照相確定火焰面移動(dòng)時(shí)間與距離本生燈法：動(dòng)力法激光測(cè)試法：非接觸測(cè)量21圓柱管法測(cè)定傳播速度22本生燈法23本生燈法測(cè)量原理α>1：內(nèi)錐為藍(lán)色火焰，外錐為紫紅色火焰α<1：內(nèi)錐為藍(lán)色火焰，外錐為黃色擴(kuò)散火焰測(cè)量?jī)?nèi)錐得到層流火焰?zhèn)鞑ニ俣?4本生燈法測(cè)量原理假定內(nèi)錐面為正錐體：流出燃料與內(nèi)錐面上燒掉的燃料量相等ρ0wf=ρ0SLF設(shè)錐角為φ、錐高為h，出口半徑為r圓錐側(cè)面積：πr·sqrt(h2+r2)SL=wr/sqrt(h2+r2)測(cè)量h、r流速測(cè)量：w=qV/(πr2)25火焰面寬度定義：dT/dx=(Tf-T0)/δ計(jì)算值：δ=a0/SL26層流火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊懸蛩乜扇蓟旌蠚獾男再|(zhì)組成溫度壓力摻雜物的種類與數(shù)量27可燃混合氣性質(zhì)的影響導(dǎo)溫系數(shù)越高，層流火焰?zhèn)鞑ニ俣仍酱髮?dǎo)熱系數(shù)高熱容小，溫升增加化學(xué)反應(yīng)速度越大，層流火焰?zhèn)鞑ニ俣仍酱螅夯瘜W(xué)反應(yīng)是熱活化的結(jié)果：活化分子越多，反應(yīng)速度越快氧化劑為氧氣時(shí)，反應(yīng)速度增加，層流火焰?zhèn)鞑ニ俣仍黾?8燃料分子結(jié)構(gòu)的影響烷烴火焰?zhèn)鞑ニ俣然九c碳原子數(shù)量無(wú)關(guān)，約為70cm/s烯烴火焰?zhèn)鞑ニ俣入S著碳原子數(shù)量的增加而減小炔烴>烯烴>烷烴29混氣組成的影響隨著混氣組成與化學(xué)計(jì)量比的接近程度減小而增加位于化學(xué)計(jì)量比時(shí)，反應(yīng)溫度最高碳?xì)淙剂系幕鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣龋害?0.96時(shí)，SL=SL,max30壓力的影響壓力對(duì)傳播速度的影響，主要體現(xiàn)在壓力對(duì)反應(yīng)速度的影響劉易斯認(rèn)為：SL~pmm：劉易斯壓力指數(shù)反應(yīng)級(jí)數(shù)：ρ0SL~w1/2w~pn理想氣體狀態(tài)方程：p~ρ0SL~pn/2-1輕質(zhì)碳?xì)淙剂系姆磻?yīng)級(jí)數(shù)：1.5~2火焰?zhèn)鞑ニ俣入S著壓力的減小而增加，但著火條件變差從反應(yīng)級(jí)數(shù)來(lái)看，隨著壓力的增加，傳播速度降低，但燃料密度增加，流入反應(yīng)區(qū)的可燃混合氣流量增加，故反應(yīng)速度也將增加31溫度的影響層流火焰?zhèn)鞑ニ俣入S著初始溫度的增加而增加：定性解釋：SL~exp(-E/(RTf))Tf=T0+Cf,0Q/cp在高溫下不適用：高溫下將出現(xiàn)離解溫度對(duì)層流火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊懀篠L~T0m,m=1.5~232摻雜物的影響摻雜物的種類：不可燃成分可燃成分不可燃摻雜物：火焰?zhèn)鞑ニ俣葴p?。篠L’=SL×(1-0.01[N2])-0.012[CO2]本質(zhì)是對(duì)可燃混合氣λ/cp的影響過量的氧化劑或過量燃料，相當(dāng)于摻入不可燃成分可燃摻雜物：?jiǎn)栴}復(fù)雜，與不同燃料的反應(yīng)機(jī)理有關(guān)33層流火焰?zhèn)鞑ソ缦奕剂先紵^程：著火+火焰?zhèn)鞑セ鹧鎮(zhèn)鞑ソ缦蓿弘S著混氣組成偏離化學(xué)計(jì)量比程度的增加，燃燒溫度降低，導(dǎo)致火焰不能傳播，出現(xiàn)淬熄著火界限不等于傳播界限：反應(yīng)區(qū)與未燃區(qū)之間的導(dǎo)熱狀況當(dāng)SL<2~10cm/s時(shí)對(duì)應(yīng)的混氣組成為傳播界限：上限、下限34火焰?zhèn)鞑ソ缦薅x35火焰?zhèn)鞑ソ缦薜挠绊懸蛩貕毫Γ弘S著壓力的增加而增加溫度：隨著溫度的增加而增加管徑：淬熄直徑dT：dT=const/(SLP)SL：理論火焰?zhèn)鞑ニ俣?，?duì)應(yīng)于無(wú)散熱條件管徑對(duì)火焰?zhèn)鞑ソ缦抻绊懙姆治龉軓綔p小，比表面積增加，散熱增加管徑減小，活化中心與壁面碰撞加劇，活化中心銷毀速度增加淬熄直徑的影響因素：提高管內(nèi)可燃混合氣初溫，活化中心增加，淬熄直徑減小增加壓力，分子自由程減小，活化中心與壁面的碰撞、銷毀幾率減小，淬熄直徑減小工程應(yīng)用：通過減小直徑，防止回火36比表面積與管徑之間的關(guān)系37火焰?zhèn)鞑ソ缦薜拇_定估算：上限：化學(xué)計(jì)量比對(duì)應(yīng)濃度的三倍下限：化學(xué)計(jì)量比對(duì)應(yīng)濃度的50%38湍流預(yù)混可燃?xì)獾幕鹧鎮(zhèn)鞑ネ牧黝A(yù)混火焰的特點(diǎn)湍流火焰?zhèn)鞑ニ俣龋和牧骰鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣葎×以黾覵L=30~80cm/sST/SL：劇烈增加汽油燃燒室：ST=20~70m/s火焰面出現(xiàn)皺褶、變厚，火焰區(qū)輪廓模糊：湍流脈動(dòng)火焰長(zhǎng)度減小存在噪音：火焰區(qū)存在較大的壓力變化和密度變化NOx生成量小39湍流火焰?zhèn)鞑ニ俣扰c雷諾數(shù)之間的關(guān)系40湍流預(yù)混火焰鋒面層流預(yù)混火焰面：隔開未燃?xì)夂彤a(chǎn)物湍流預(yù)混火焰面：隔開未燃?xì)馀c正在燃燒的成分湍流火焰?zhèn)鞑ニ俣萐T：開始燃燒形成的火焰面在其法向與混氣之間的相對(duì)速度41湍流火焰?zhèn)鞑ニ俣壤碚撏牧骰鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣壤碚摪櫿蹖恿鞅砻嫒紵碚摶鹧鎮(zhèn)鞑ト允菍恿骰鹧鎮(zhèn)鞑C(jī)理起作用，但湍流脈動(dòng)將引起火焰面出現(xiàn)彎曲、皺折，導(dǎo)致火焰面面積增加，從而引起火焰?zhèn)鞑ニ俣仍黾游U(kuò)散容積燃燒理論湍流脈動(dòng)引起熱量和活化中心輸運(yùn)速度增加，進(jìn)而提高燃燒速度兩種理論的地位：表面燃燒理論相對(duì)比較完整42表面理論模型與容積燃燒模型43湍流場(chǎng)中某點(diǎn)的速度變化44皺折層流表面燃燒理論謝爾金：湍流各向同性假設(shè)各種湍流參數(shù)均是常數(shù)：w’,l,ε,aT,DT,νT未說(shuō)明湍流參數(shù)對(duì)火焰面彎曲程度的影響鄧克爾：對(duì)DT=lw’，應(yīng)分別考慮尺度和脈動(dòng)對(duì)湍流燃燒的影響湍流尺度：大尺度、小尺度脈動(dòng)速度：弱湍流、強(qiáng)湍流45皺折層流表面燃燒理論表面燃燒理論的基本思想：湍流火焰?zhèn)鞑ニ俣仍黾邮怯捎谕牧髅}動(dòng)引起火焰面積增加引起的湍流燃燒的主要種類按照湍流尺度分類：小尺度：l<δL大尺度：l>δL按照脈動(dòng)速度與層流火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊谋容^弱湍流：w’<SL強(qiáng)湍流：w’>SL46小尺度湍流燃燒模型47小尺度湍流的火焰?zhèn)鞑ニ俣刃〕叨龋篟e=2300~6000l<δL火焰面由平面轉(zhuǎn)化成波浪形表面火焰?zhèn)鞑ニ俣龋簩恿鳎篠L=(aL/τm)1/2湍流：ST=[(aL+aT)/τm]1/2湍流火焰?zhèn)鞑ニ俣扰c層流火焰?zhèn)鞑ニ俣戎g的關(guān)系：ST/SL=[1+aT/aL]1/2aT=lw’：Pr=1,Le=1ST/SL=[1+lw’/aL]1/2小尺度湍流條件下，湍流火焰?zhèn)鞑ニ俣燃扰c混氣物理化學(xué)參數(shù)有關(guān)，也與湍流有關(guān)48小尺度湍流火焰相關(guān)計(jì)算式實(shí)驗(yàn)表明：l~d；w’~wl·w’/aL~d·w/νL=Re火焰?zhèn)鞑ニ俣扔?jì)算式：ST=SL·Re1/2：應(yīng)用范圍：Re=2300～5000ST=A·Re+B：應(yīng)用范圍：Re=5000～18000湍流火焰面寬度計(jì)算式：δT=δL·[1+lw’/aL]1/2δT=ST·τm=SL·[1+lw’/aL]1/2·a/SL2=a/SL·[1+lw’/aL]1/2=δL·[1+lw’/aL]1/249小尺度湍流條件下火焰?zhèn)鞑ニ俣扰c雷諾數(shù)的關(guān)系50大尺度湍流燃燒火焰?zhèn)鞑恿鳁l件下，火焰厚度大約為0.5mm，可見小尺度湍流模型只適合于小尺寸場(chǎng)合（幾個(gè)mm）大尺度湍流燃燒大尺度弱湍流大尺度強(qiáng)湍流51大尺度弱湍流火焰?zhèn)鞑ゴ蟪叨热跬牧魅紵攸c(diǎn)：火焰面仍然連續(xù)火焰面的彎曲、皺折程度增加湍流火焰面是厚度為δT的發(fā)光區(qū)湍流火焰?zhèn)鞑ニ俣萐T/SL=AL/ATAL：已經(jīng)彎曲的層流火焰面表面積AT：可見火焰錐體的內(nèi)表面積確定出層流到湍流的火焰面積增量后就可以確定湍流火焰?zhèn)鞑ニ俣?2大尺度弱湍流火焰?zhèn)鞑ニ俣然鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣扔?jì)算式：ST=SL[1+(2w’/SL)2]1/2謝爾金的觀點(diǎn)：彎曲火焰面由許多錐體組成湍流火焰面面積增加量是錐體側(cè)表面積與底面積之比：AL/AT=[1+(h/r)2]1/2錐體高度為：h~w’τ~w’l/SL錐體半徑：r~l在管內(nèi)流動(dòng)中，湍流尺度為定值53幾點(diǎn)說(shuō)明謝爾金公式表明：湍流強(qiáng)度很弱時(shí)：ST=SL湍流強(qiáng)度很強(qiáng)時(shí)：ST=w’，只與脈動(dòng)速度有關(guān)謝爾金公式只能近似估算湍流火焰?zhèn)鞑ニ俣韧牧骰鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣冉?jīng)驗(yàn)公式：54大尺度強(qiáng)湍流火焰面特點(diǎn)：火焰面不再連續(xù)燃燒氣團(tuán)可能脈動(dòng)到新鮮未燃?xì)庑迈r未燃?xì)庖部赡軘U(kuò)散到燃燒區(qū)火焰面區(qū)域較寬湍流火焰?zhèn)鞑ニ俣榷x：ST=SD+SLSD=sqrt(x2)/τb：湍流氣團(tuán)的擴(kuò)散速度x：湍流氣團(tuán)的瞬間位移τb：湍流氣團(tuán)燒完所經(jīng)歷的時(shí)間55大尺度強(qiáng)湍流燃燒模型56火焰?zhèn)鞑ニ俣扔?jì)算式弱湍流：擴(kuò)散速度：SD=w’傳播速度：ST=SL+w’－用于連續(xù)火焰面強(qiáng)湍流：擴(kuò)散速度：SD=sqrt(2w’lla/τb)傳播速度：ST=SL+sqrt(2w’lla/τb)－用于不連續(xù)火焰面lla=A2l0：拉格朗日湍流尺度；A接近于157氣團(tuán)燃盡時(shí)間氣團(tuán)燃盡時(shí)間：τb：氣團(tuán)從初始尺寸l0到0所需時(shí)間，也就是燃盡所需時(shí)間τb=l0/w’*ln(1+w’/SL)大尺度強(qiáng)湍流火焰?zhèn)鞑ニ俣扔?jì)算式：58燃燒區(qū)火焰厚度燃燒區(qū)火焰厚度：δT=wτb=w·l0/w’·ln(1+w’/SL)δT=l0/ε*ln(1+w’/SL)實(shí)驗(yàn)公式：δT=0.018·d/ε·ln(1+w’/SL)實(shí)驗(yàn)公式與理論公式基本相同59微擴(kuò)散容積燃燒理論表面層流燃燒理論的問題：實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：湍流火焰面厚度為層流火焰面的１０~１００倍。根據(jù)溫度分布測(cè)量和電離度測(cè)量，也未發(fā)現(xiàn)存在表面燃燒理論提出的層流火焰面基本思想：湍流對(duì)燃燒的影響以微擴(kuò)散為主微擴(kuò)散速度高，以致無(wú)法形成火焰面某個(gè)微團(tuán)內(nèi)部的溫度分布、組分分布是均勻的達(dá)到著火條件的微團(tuán)燃燒，沒有達(dá)到著火條件的形成新的微團(tuán)將湍流火焰面修正成燃燒區(qū)60湍流火焰?zhèn)鞑ニ俣扔?jì)算容積理論認(rèn)為：在某些情況下，湍流火焰?zhèn)鞑ヅc層流火焰?zhèn)鞑ゾ哂邢嗤臋C(jī)理湍流火焰?zhèn)鞑ニ俣扔?jì)算：計(jì)算式：通過計(jì)算湍流火焰厚度和湍流擴(kuò)散度確定火焰?zhèn)鞑ニ俣?1湍流火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊懸蛩孛}動(dòng)速度與層流火焰?zhèn)鞑ニ俣龋篠T=SL+5.3w’0.6~0.7SL0.4~0.3湍流尺度：影響不大，尤其在大尺度湍流條件下混氣組成：通過影響SL溫度：ST~T0.5~0.7壓力的影響：ST~P0.08SL：SL~P-0.3w’：w’~P0.34,壓力降低，脈動(dòng)速度減小62湍流火焰面厚度的影響因素w,ε,SL的影響：氣流速度增加，厚度增加ε,SL增加，厚度減小溫度增加，厚度減?。害腡~T-1.6壓力的影響：δT~P-0.563總結(jié)湍流火焰?zhèn)鞑ニ俣热Q于SL和w’大尺度條件下，脈動(dòng)速度對(duì)湍流傳播速度影響很大湍流傳播速度遠(yuǎn)高于層流傳播速度壓力降低，傳播速度減小，厚度增加溫度增加，傳播速度增加，厚度減小改善燃燒過程的性能：提高壓力與溫度增強(qiáng)湍流程度使用層流傳播速度高的燃料64火焰自湍化理論實(shí)驗(yàn)表明，湍流傳播速度計(jì)算值小于測(cè)量值火焰出現(xiàn)自湍化，在火焰面形成附加湍流自湍化理論：平面層流火焰面不穩(wěn)定所致：體積小時(shí)，受到限制而趨于保持為平面，因此將穩(wěn)定微小擾動(dòng)的放大與出現(xiàn)切向分裂，引起火焰面破碎65擴(kuò)散燃燒的概念66擴(kuò)散燃燒的種類與特點(diǎn)擴(kuò)散燃燒的主要種類：燃燒時(shí)間：τ=τmix+τcτmix=1/(1/τm+1/τT)τm：燃料-氧化劑混合（分子擴(kuò)散與湍流擴(kuò)散）形成可燃混合物（φ=1）所需時(shí)間。τc：可燃混合物完全燃燒所需時(shí)間。動(dòng)力燃燒：擴(kuò)散燃燒：動(dòng)力-擴(kuò)散燃燒：特點(diǎn)：不會(huì)發(fā)生回火，燃燒穩(wěn)定使用簡(jiǎn)單：無(wú)需燃料與氧化劑的事先混合研究特點(diǎn)：側(cè)重于火焰外形與長(zhǎng)度的確定火焰?zhèn)鞑ニ俣入y于測(cè)定67氣體燃料擴(kuò)散燃燒的種類按照射流特性自由射流同軸射流對(duì)撞射流按照流動(dòng)特性層流擴(kuò)散火焰湍流擴(kuò)散火焰按照噴口形狀平面圓形射流：軸對(duì)稱68氣體射流擴(kuò)散燃燒的主要種類69氣體燃料層流擴(kuò)散燃燒擴(kuò)散火焰面位于滿足化學(xué)計(jì)量比的位置火焰面將燃燒區(qū)分成氧化區(qū)和還原區(qū)通過組分輸運(yùn)和熱量輸運(yùn)預(yù)熱氧化劑和燃料燃燒速度取決于燃料與氧化劑的分子輸運(yùn)速度擴(kuò)散燃燒會(huì)形成嚴(yán)重的不完全燃燒：生成炭黑粒子反應(yīng)區(qū)+預(yù)熱區(qū)70層流擴(kuò)散火焰的外形71溫度、組分分布72層流擴(kuò)散火焰理論Burke和Schuman的理論求解組分?jǐn)U散方程與邊界條件擴(kuò)散火焰任一點(diǎn)的濃度計(jì)算式火焰外形計(jì)算火焰長(zhǎng)度計(jì)算73層流擴(kuò)散火焰長(zhǎng)度確定示意圖74層流火焰長(zhǎng)度分析假定火焰長(zhǎng)度為L(zhǎng)，燃料出口直徑為d在L距離內(nèi)，燃料與射流之間的擴(kuò)散率為：DFdC/drF~LddC/dr~1/d：直徑越小，徑向濃度梯度變化越劇烈在L距離內(nèi)，擴(kuò)散的氧量正好使燃料燃盡wd2~DFdC/dr~DL：L~wd2/D燃料流量越高，火焰長(zhǎng)度越長(zhǎng)Jost的層流擴(kuò)散火焰長(zhǎng)度計(jì)算式：L=wd2/(4D)75氣體燃料湍流擴(kuò)散燃燒氣流出口速度大，流動(dòng)出于湍流狀態(tài)氣體燃料湍流擴(kuò)散燃燒的主要種類：自由射流：燃料噴入自由無(wú)限大空間同軸射流：對(duì)撞射流：燃料與氧化劑相向流動(dòng)76層流擴(kuò)散燃燒向湍流擴(kuò)散燃燒的過渡77過渡定性分析層流狀態(tài)：火焰長(zhǎng)度隨著流量的增加而增加，火焰面光滑、明亮、穩(wěn)定過渡狀態(tài)：火焰頂部開始出現(xiàn)顫動(dòng)、破碎、皺折，由于湍流的影響，火焰長(zhǎng)度減小完全湍流狀態(tài)：顫動(dòng)、皺折、破碎點(diǎn)向出口移動(dòng)，直到出口位置，形成完全湍流擴(kuò)散燃燒隨著流速的進(jìn)一步增加，火焰開始出現(xiàn)抬起、吹熄78湍流擴(kuò)散火焰特征火焰前沿出現(xiàn)顫動(dòng)、皺折和破碎火焰面厚度顯著增加火焰長(zhǎng)度與速度無(wú)關(guān)，而是與出口直徑成正比：L~d熱負(fù)荷小時(shí)，采用小直徑噴嘴熱負(fù)荷大時(shí)，采用若干個(gè)小直徑噴嘴79自由射流示意圖80自由射流燃料射流噴入無(wú)限大氧化劑空間初始段+主體段初始段：噴嘴直徑的4～6倍主體段：核心區(qū)+邊界層核心區(qū)：速度保持為初始速度核心區(qū)消失對(duì)應(yīng)的軸向距離為射流初始段核心區(qū)中為燃料邊界層：燃料與氧化劑的混合物81自由射流擴(kuò)散燃燒分析火焰面位置上：燃料濃度Cf=0氧化劑濃度Co=0錐形火焰面82自由射流擴(kuò)散燃燒錐形火焰面83湍流非等溫自由射流的特征射流基本段，速度分布具有相似性u(píng)/um~YF/YF,m~(T-T0)/(Tm-T0)~正態(tài)分布u/um=exp[-K(r/x)2]K=82~92射流軸線速度：Um/u0=(1+8sqrt(3/2)cx/d0)-1c=0.0128射流半寬：2b/d0=sqrt(6)·(1+8sqrt(3/2)cx/d0)射流卷吸速度：vb/u0=2c(1+8sqrt(3/2)cx/d0)-184湍流自由射流擴(kuò)散燃燒主要假設(shè)：燃料Da=τf/τc很大，認(rèn)為火焰面無(wú)限薄火焰前沿不可滲透忽略輻射熱損失熱物性不隨溫度、組分變化忽略反應(yīng)對(duì)流動(dòng)的影響85基本方程組反應(yīng)過程：(1g)Fuel+(βg)Oxidant[(1+β)g]Product基本方程組：動(dòng)量方程：組分方程：能量方程：86捷爾道維奇變換引入新變量，將有源方程轉(zhuǎn)化成無(wú)源方程：87求解結(jié)果火焰形狀：Yf=YOX=0火焰高度：88自由射流擴(kuò)散火焰長(zhǎng)度定性分析擴(kuò)散火焰長(zhǎng)度：L~wd2/DTDT~lw’L~dw’~wL~wd2/DT~wd2/(dw)擴(kuò)散火焰長(zhǎng)度的影響因素：L~d擴(kuò)散火焰長(zhǎng)度只與噴口直徑有關(guān)，與流速無(wú)關(guān)層流擴(kuò)散火焰長(zhǎng)度：L~wd289火焰長(zhǎng)度經(jīng)驗(yàn)計(jì)算式：xf/d0=6(R+1)(ρF/ρf)1/2R：化學(xué)計(jì)量比時(shí)空氣與燃料的質(zhì)量比ρF：燃料密度ρf：火焰密度90湍流擴(kuò)散燃燒的臨界雷諾數(shù)臨界雷諾數(shù)Recr：從層流擴(kuò)散燃燒過渡到湍流燃燒時(shí)的雷諾數(shù)Recr：2000～10000氣體粘度與溫度之間密切關(guān)聯(lián)91空氣中各種火焰的臨界雷諾數(shù)92其他射流擴(kuò)散燃燒受限射流橫向受限：燃料射流與空氣流垂直縱向受限：燃料射流與空氣流平行弱受