教學(xué)課件-《燃燒學(xué)(第2版)》徐通模

第二章

燃燒化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié)

燃燒化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)概述第二節(jié)

燃燒化學(xué)反應(yīng)速率第三節(jié)

影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素第四節(jié)

鏈?zhǔn)交瘜W(xué)反應(yīng)第五節(jié)

燃燒化學(xué)反應(yīng)中的化學(xué)平衡第一節(jié)

燃燒化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)概述燃燒是燃料與氧氣的劇烈化學(xué)反應(yīng)，將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能化學(xué)反應(yīng)是燃燒的基本過程，分為單相燃燒化學(xué)反應(yīng)和異相燃燒化學(xué)反應(yīng)研究燃燒化學(xué)反應(yīng)過程：化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)法化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究：化學(xué)反應(yīng)機(jī)理與化學(xué)反應(yīng)速率化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究對象：理想摻混、溫度均勻的化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)大多數(shù)實(shí)際燃燒過程為湍流燃燒，要依賴于燃燒化學(xué)動(dòng)力學(xué)與湍流流體力學(xué)的耦合燃料在燃燒室內(nèi)快速完成燃燒反應(yīng)，釋放熱量，還要抑制與燃燒有關(guān)污染物的產(chǎn)生污染物生成的各種化學(xué)反應(yīng)，是燃燒學(xué)的研究內(nèi)容之一第二節(jié)

燃燒化學(xué)反應(yīng)速率一、濃度二、化學(xué)反應(yīng)速率三、基元反應(yīng)與總包反應(yīng)四、質(zhì)量作用定律五、反應(yīng)級(jí)數(shù)六、基元反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率七、總包反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率一、濃度化學(xué)反應(yīng)速率與參與反應(yīng)的物質(zhì)的濃度有關(guān)描述濃度的參數(shù)：1、質(zhì)量濃度:單位體積的混合物中某一組分A的質(zhì)量

2、質(zhì)量的量濃度3、摩爾分?jǐn)?shù)4、摩爾分?jǐn)?shù)與質(zhì)量的量濃度的關(guān)系：二、化學(xué)反應(yīng)速率1、化學(xué)反應(yīng)速率

平均反應(yīng)速率瞬時(shí)反應(yīng)速率2、混合物質(zhì)燃燒化學(xué)反應(yīng)前后反應(yīng)速率的關(guān)系二、化學(xué)反應(yīng)速率3、反應(yīng)物和反應(yīng)產(chǎn)物的濃度隨時(shí)間的變化曲線4、異相反應(yīng)（固態(tài)與氣態(tài)同時(shí)存在）

反應(yīng)速率是指在單位時(shí)間內(nèi)、單位表面積上參加反應(yīng)的物質(zhì)的量:反應(yīng)物初始濃度:反應(yīng)產(chǎn)物在任一時(shí)刻的濃度三、基元反應(yīng)與總包反應(yīng)

絕大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)為復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)：并非一步完成，經(jīng)若干相繼的中間反應(yīng)，涉及若干中間產(chǎn)物生成最終產(chǎn)物

基元反應(yīng)是組成復(fù)雜反應(yīng)的各個(gè)反應(yīng)

表示反應(yīng)物分子、原子或原子團(tuán)直接碰撞而發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)各個(gè)過程

總包反應(yīng)是一系列基元反應(yīng)的物質(zhì)平衡結(jié)果

采用總包反應(yīng)表示某一特定過程的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理是一種“黑箱”方法，雖然可以有效地用于某些燃燒反應(yīng)的熱量平衡與質(zhì)量平衡計(jì)算，但并不有助于理解化學(xué)反應(yīng)機(jī)理以及進(jìn)一步解決控制化學(xué)反應(yīng)過程的問題

四、質(zhì)量作用定律

質(zhì)量作用定律闡明了反應(yīng)物濃度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響規(guī)律。

質(zhì)量作用定律：在一定溫度下，基元反應(yīng)在任何瞬間的反應(yīng)速率與該瞬間參與反應(yīng)的反應(yīng)物濃度冪的乘積成正比。

表示

化學(xué)反應(yīng)速率和反應(yīng)物濃度的關(guān)系質(zhì)量作用定律只能用于基元反應(yīng)，而不能直接應(yīng)用于總包反應(yīng)。四、質(zhì)量作用定律對于任意復(fù)雜的一步化學(xué)反應(yīng)的凈生成速率

質(zhì)量作用定律表達(dá)式的內(nèi)涵是濃度的變化僅是由化學(xué)反應(yīng)所引起的，其他可以引起濃度變化的因素還包括體積的變化、組分流入或流出系統(tǒng)等情況五、反應(yīng)級(jí)數(shù)

定量表示反應(yīng)物濃度變化對化學(xué)反應(yīng)速率的影響程度

用來分析燃燒過程的化學(xué)動(dòng)力學(xué)

對一步完成的簡單化學(xué)反應(yīng)與所有的基元反應(yīng)，反應(yīng)速率表達(dá)式中的反應(yīng)物濃度指數(shù)之和為該反應(yīng)的反應(yīng)級(jí)數(shù)，基元反應(yīng)的反應(yīng)級(jí)數(shù)總為整數(shù)。

以n表示化學(xué)反應(yīng)級(jí)數(shù)，

一般化學(xué)反應(yīng)方程式：

反應(yīng)級(jí)數(shù)一般表達(dá)為：

六、基元反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率由分子直接碰撞而發(fā)生的反應(yīng)稱為基元反應(yīng)，基元反應(yīng)發(fā)生在分子、原子、離子和自由基水平，嚴(yán)格符合質(zhì)量作用定律每一個(gè)基元反應(yīng)的反應(yīng)速率均源于各自分子間的碰撞，并不取決于混合物的環(huán)境因素在比較理想化的實(shí)驗(yàn)條件下測定的基元反應(yīng)速率可直接應(yīng)用到壓力較高且存在其他成分的場合

基元反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量系數(shù)代表參與反應(yīng)的組分的摩爾數(shù)，基元反應(yīng)分為以下形式，相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率為：

1、雙分子反應(yīng)：

2、單分子反應(yīng)：

3、三分子反應(yīng)

：六、基元反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率在基-基之間的基元反應(yīng)中，兩個(gè)分子消失而形成組分C，需要“第三者”參與才能完成該反應(yīng)過程。在碰撞期間，新生成的分子的內(nèi)能

傳遞給分子M，并表現(xiàn)為M的動(dòng)能，以帶走形成穩(wěn)定組分的能量，如果沒有這一能量傳遞過程，新形成的分子會(huì)分解回到

它的組成原子。實(shí)際上，在三分子反應(yīng)中三個(gè)分子相互碰撞的概率很小，因此，化學(xué)反應(yīng)速率極低。在氣相反應(yīng)中，三分子反應(yīng)很少見，屬于這類反應(yīng)的只有NO參加的某些反應(yīng)。目前還沒有發(fā)現(xiàn)三分子以上的碰撞反應(yīng)。必須經(jīng)過實(shí)驗(yàn)的方法才能確定化學(xué)反應(yīng)的機(jī)理，并得到反應(yīng)途徑、中間組分及寫出反應(yīng)過程中的各個(gè)基元反應(yīng)方程式，之后才能應(yīng)用質(zhì)量作用定律來正確地表達(dá)反應(yīng)物濃度影響反應(yīng)速率的冪次。七、總包反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率不能按總的反應(yīng)方程式直接應(yīng)用質(zhì)量作用定律來表征反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度的關(guān)系質(zhì)量作用定律只有應(yīng)用于描述正確反應(yīng)機(jī)理的基元反應(yīng)方程式時(shí)才具有意義在分析實(shí)際燃燒系統(tǒng)時(shí)，為了簡化起見，基于總包反應(yīng)的概念，寫出總反應(yīng)方程式，并借用質(zhì)量作用定律的形式寫出其反應(yīng)速率表達(dá)式

根據(jù)質(zhì)量作用定律，燃料的消耗速率表示為：

對總包化學(xué)反應(yīng)，指數(shù)a、b與反應(yīng)級(jí)數(shù)有關(guān)，由試驗(yàn)曲線擬合而得第三節(jié)

影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素

不論何種化學(xué)反應(yīng)，其反應(yīng)速率主要與反應(yīng)的溫度、反應(yīng)物性質(zhì)（活化能）、反應(yīng)物的濃度及壓力等因素有關(guān)一、溫度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響——阿累尼烏斯定律二、活化能E對化學(xué)反應(yīng)速率的影響三、壓力對化學(xué)反應(yīng)速率的影響四、反應(yīng)物濃度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響五、催化作用對化學(xué)反應(yīng)速率的影響一、溫度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響

——阿累尼烏斯定律

在影響化學(xué)反應(yīng)速率的諸因素中，溫度對反應(yīng)速率的影響最為顯著

化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù):k0—前置因子，指前因子或頻率因子；R—通用氣體常數(shù)，R=8.314J/(mol·K)；E—活化能，單位為J/mol，E可由實(shí)驗(yàn)測定；T—熱力學(xué)溫度(K)。兩側(cè)取對數(shù)，得一、溫度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響

——阿累尼烏斯定律

在影響化學(xué)反應(yīng)速率的諸因素中，溫度對反應(yīng)速率的影響最為顯著實(shí)際中測量的化學(xué)反應(yīng)速率與溫度的變化關(guān)系曲線，在很大的溫度范圍內(nèi)均完全符合阿累尼烏斯定律。當(dāng)溫度由低到高逐漸升高時(shí)，反應(yīng)速率常數(shù)不斷增加，而且增加的速率愈來愈快，符合按等比數(shù)列增加的規(guī)律。但是，反應(yīng)速率的增加速率最終將減慢下來，因此，存在著一個(gè)轉(zhuǎn)變點(diǎn)（數(shù)學(xué)上稱為拐點(diǎn)），其對應(yīng)的反應(yīng)溫度可以采用二次求導(dǎo)的方法求出為E/2R。

一、溫度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響

——阿累尼烏斯定律特別值得注意，速率常數(shù)不僅取決于溫度，還取決于溫度范圍，某一特定表達(dá)式只適用于一定的溫度區(qū)間，阿累尼烏斯方程一般不能夠描述很大溫度范圍的燃燒過程，按較低溫度范圍實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合的阿累尼烏斯方程則可能完全不適用高溫范圍的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，如圖所示，因此，不能輕易將速率常數(shù)外推到實(shí)驗(yàn)溫度區(qū)間以外。二、活化能E對化學(xué)反應(yīng)速率的影響化學(xué)反應(yīng)活化能是解釋反應(yīng)速率常數(shù)與溫度關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)方程式時(shí)提出的關(guān)于化學(xué)反應(yīng)活化能的解釋主要基于兩種理論：1、活化分子碰撞理論：分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)所必須達(dá)到的最低能量，就被稱為活化能E。能量達(dá)到或超過E的分子，被稱為活化分子。不同的反應(yīng)，活化能是不相同的。

2、過渡狀態(tài)理論：化學(xué)反應(yīng)之所以發(fā)生，是具有足夠大能量的反應(yīng)物分子在有效碰撞后先形成了一種活化配合物，它處于不穩(wěn)定的、高度活性的過渡狀態(tài)，然后再最終形成產(chǎn)物。

二、活化能E對化學(xué)反應(yīng)速率的影響反應(yīng)的活化能是衡量反應(yīng)物反應(yīng)能力的一個(gè)主要參數(shù)，活化能較小的化學(xué)反應(yīng)的速率較快。普通化學(xué)反應(yīng)的活化能在40~400kJ/mol之間，活化能小于40kJ/mol時(shí)，化學(xué)反應(yīng)速率極快，以至于瞬間可完成?；罨艽笥?00kJ/mol的化學(xué)反應(yīng)速率極慢，可以認(rèn)為不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。某一反應(yīng)的活化能計(jì)算：三、壓力對化學(xué)反應(yīng)速率的影響

在很多實(shí)際燃燒工程中，考慮壓力對化學(xué)反應(yīng)速率的影響

反應(yīng)速率與反應(yīng)物分壓力之間的關(guān)系：

等溫條件下，系統(tǒng)壓力對反應(yīng)速率的影響與其反應(yīng)級(jí)數(shù)n成指數(shù)關(guān)系：

若采用氣體的摩爾分?jǐn)?shù)隨時(shí)間的變化率來表示反應(yīng)速率時(shí)，則四、反應(yīng)物濃度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響質(zhì)量作用定律描述了反應(yīng)物濃度對反應(yīng)速率的影響對于某雙分子反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)速率代入和，得：取-為e，并代入xB

=1-xA，得四、反應(yīng)物濃度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響當(dāng)xB

=xA=0.5時(shí)，反應(yīng)速率最大。對于有摻雜氣體的化學(xué)反應(yīng)，如：以燃料氣A與空氣B組成的可燃混合氣體為例，分析在反應(yīng)物中摻有惰性氣體的情況下，其中：ε為O2在B中所占的份額五、催化作用對化學(xué)反應(yīng)速率的影響催化劑是能夠改變化學(xué)反應(yīng)速率而其本身在反應(yīng)前后的組成、數(shù)量和化學(xué)性質(zhì)保持不變的一種物質(zhì)催化劑對反應(yīng)速率的作用為催化作用

催化劑之所以能加快反應(yīng)速率，是因?yàn)榻档土嘶瘜W(xué)反應(yīng)的活化能

吸附反應(yīng)速率常數(shù)：

解吸反應(yīng)速率常數(shù)：

和

為前置因子

和

為吸附與解吸動(dòng)力學(xué)過程的活化能。第四節(jié)

鏈?zhǔn)交瘜W(xué)反應(yīng)

鏈?zhǔn)椒磻?yīng)理論是化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的兩個(gè)基礎(chǔ)理論之一

一、鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的特點(diǎn)二、不分支鏈?zhǔn)椒磻?yīng)三、分支鏈?zhǔn)椒磻?yīng)四、分支鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的孕育與爆炸特點(diǎn)一、鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的特點(diǎn)很多化學(xué)反應(yīng)是由于形成極其活躍的組分而引發(fā)一系列連續(xù)、競爭的中間反應(yīng)，導(dǎo)致反應(yīng)物形成產(chǎn)物中間反應(yīng)生成若干不穩(wěn)定的活性中心，以很高的化學(xué)反應(yīng)速率與原始反應(yīng)物分子反應(yīng)，本身消失，同時(shí)產(chǎn)生新活化中心，使反應(yīng)一直進(jìn)行生成最終產(chǎn)物活化中心起到中間鏈節(jié)的作用鏈?zhǔn)椒磻?yīng)是化學(xué)反應(yīng)中最普通、最復(fù)雜的反應(yīng)形式各個(gè)中間反應(yīng)均屬于基元反應(yīng)各個(gè)反應(yīng)具有各自不同的反應(yīng)速率常數(shù)是燃燒過程中必然發(fā)生的復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)步驟：鏈?zhǔn)椒磻?yīng)經(jīng)歷鏈的激發(fā)、傳播與終止產(chǎn)生基的基元反應(yīng)為啟鏈反應(yīng)，基被破壞的基元反應(yīng)為終鏈反應(yīng)1、鏈激發(fā)2、不分支，α=13、分支，α＞14、終止，形成穩(wěn)定的反應(yīng)產(chǎn)物5、終止，與壁面碰撞消失一、鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的特點(diǎn)二、不分支鏈?zhǔn)椒磻?yīng)

若一個(gè)活性中心在產(chǎn)物生成過程中仍形成一個(gè)活性中心，這種反應(yīng)是不分支鏈?zhǔn)椒磻?yīng)

以H2和Cl2為例：鏈的激發(fā)：（a）Cl原子容易和H2發(fā)生反應(yīng)：（b）H原子和Cl2發(fā)生反應(yīng)：（c）（b）和（c）相加，得上式表明，一個(gè)活性中心（Cl原子）在產(chǎn)物生成過程中仍形成一個(gè)活性中心，因此這種反應(yīng)是不分支鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。Cl原子或氫原子會(huì)與器壁碰撞，或與惰性氣體分子碰撞而失去能量，使活性分子銷毀，而形成對應(yīng)的分子，即發(fā)生反應(yīng)（d）（e）二、不分支鏈?zhǔn)椒磻?yīng)令式（a）~（e）的反應(yīng)速率常數(shù)分別為k1、k2、k3、k4、k5，以下采用穩(wěn)態(tài)近似方法估算Cl原子和H原子的濃度

由于反應(yīng)（c）比反應(yīng)（b）的反應(yīng)速率快得多，可近似認(rèn)為系統(tǒng)中Cl原子的濃度不變，即：H原子濃度：在反應(yīng)穩(wěn)定進(jìn)行（鏈傳遞）中，可以近似認(rèn)為氯分子由于外界因素形成Cl原子的速率與Cl原子銷毀而形成氯分子的速率相等，即Cl原子濃度：二、不分支鏈?zhǔn)椒磻?yīng)總包反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率：令：則：，a=0.5，b=1，總的反應(yīng)級(jí)數(shù)為1.5三、分支鏈?zhǔn)椒磻?yīng)在鏈?zhǔn)椒磻?yīng)途徑中，如果一個(gè)基元反應(yīng)中消耗一個(gè)基的同時(shí)生成兩個(gè)或多個(gè)新的基，則為分支鏈?zhǔn)椒磻?yīng)基的濃度會(huì)成指數(shù)關(guān)系累積，迅速形成產(chǎn)物，且具有爆炸效應(yīng)分支基元反應(yīng)步驟的反應(yīng)速率是總體反應(yīng)的控制環(huán)節(jié)，而不是鏈的激發(fā)環(huán)節(jié)的反應(yīng)速率分支鏈?zhǔn)椒磻?yīng)是火焰自行傳播的動(dòng)力，是火焰化學(xué)動(dòng)力學(xué)機(jī)理中的基本內(nèi)容

三、分支鏈?zhǔn)椒磻?yīng)H2與O2燃燒氫的氧化反應(yīng)是最典型的、研究最多并理解最深入的分支鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。鏈的激發(fā)——活化中心H原子的產(chǎn)生鏈的傳播——鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的基本環(huán)節(jié)

OH基和H原子反應(yīng)鏈的終止活性中心的濃度不斷增加，碰撞的概率也會(huì)越來越大，形成穩(wěn)定分子的機(jī)會(huì)也越來越大；另外，活性中心也會(huì)由于在空中互相碰撞使其能量被奪走，或撞到容器壁面等原因而銷毀，使它失去活性而成為正常分子。三、分支鏈?zhǔn)椒磻?yīng)2.CO的燃燒在“干燥”無水的條件下，其基元反應(yīng)是及氧氣離解形成附加的O原子在“潮濕”條件下，如混合物中存在氫原子，氫原子與氧分子發(fā)生反應(yīng)；氧原子與OH基分別與H2發(fā)生以下兩個(gè)化學(xué)反應(yīng)：最重要的基元反應(yīng)是CO分別與OH基及HO2發(fā)生的反應(yīng)：三、分支鏈?zhǔn)椒磻?yīng)3.碳?xì)浠衔锏娜紵趸磻?yīng)的開始：O2使RH中的一個(gè)C—H化學(xué)鍵斷開形成基：另一種認(rèn)為，某一高能分子M導(dǎo)致一個(gè)C—H化學(xué)鍵斷開形成不同碳?xì)浠細(xì)浠蚈2迅速反應(yīng)生成過氧化基：過氧化基在高溫下發(fā)生分解形成醛與OH基：醛與氧氣反應(yīng)是一個(gè)分支反應(yīng)，基的數(shù)目增加：

RCO熱分解導(dǎo)致初始形成CO：

CO氧化為CO2是碳?xì)淙剂先紵淖詈笠徊剑核摹⒎种ф準(zhǔn)椒磻?yīng)的孕育與爆炸特點(diǎn)分支鏈?zhǔn)椒磻?yīng)在開始階段的反應(yīng)速率很小，當(dāng)活性中心積累到一定程度后，反應(yīng)速率急劇增大從反應(yīng)開始到化學(xué)反應(yīng)速率增大到可以感覺到的程度時(shí)的時(shí)間被稱為孕育時(shí)間孕育時(shí)間不是反映反應(yīng)混合氣體的物理化學(xué)常數(shù)取決于活性中心的濃度、溫度、容器形狀以及壁面材料經(jīng)一段孕育時(shí)間后，反應(yīng)速率猛烈上升，一直到活化中心的濃度達(dá)到最大值，形成分支反應(yīng)的爆炸現(xiàn)象鏈?zhǔn)奖ìF(xiàn)象與熱爆炸的區(qū)別熱爆炸是由于溫度提高而使活化分子增多所致鏈?zhǔn)奖ㄊ怯捎诨钚灾虚g產(chǎn)物迅速繁殖的結(jié)果，在等溫下也會(huì)發(fā)生四、分支鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的孕育與爆炸特點(diǎn)第五節(jié)

燃燒化學(xué)反應(yīng)中的化學(xué)平衡反應(yīng)速率常數(shù)與平衡常數(shù)的關(guān)系的重要性：已知某反應(yīng)的一個(gè)方向的反應(yīng)速率常數(shù)時(shí)，可求另一速率常數(shù)，不必同時(shí)測定兩個(gè)速率常數(shù)化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)由實(shí)驗(yàn)測定的，過程復(fù)雜、難度很大，測量結(jié)果具有較大的不確定度化學(xué)平衡常數(shù)是基于熱力學(xué)的測量或計(jì)算得到的，屬于較準(zhǔn)確的熱力學(xué)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)第五節(jié)

燃燒化學(xué)反應(yīng)中的化學(xué)平衡可逆反應(yīng)基于組分的物質(zhì)的量濃度的平衡常數(shù)：處于平衡狀態(tài)的反應(yīng)，基于組分分壓力定義的平衡常數(shù)：組分的物質(zhì)的量濃度與該組分的分壓力之間的關(guān)系：Kc和Kp之間的關(guān)系：第三章燃燒空氣動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)

——混合與傳質(zhì)3.1湍流的物理本質(zhì)和數(shù)學(xué)描寫

3.1.1

湍流脈動(dòng)3.1.2

湍流的數(shù)學(xué)描述——雷諾方程組3.1.3

湍流附加應(yīng)力的假定3.1.1湍流脈動(dòng)流動(dòng)狀態(tài)層流湍流Re＜Relj1883年，雷諾首先發(fā)現(xiàn)了粘性流體的兩種流動(dòng)狀態(tài)：Re≥Relj湍流的特征：流體質(zhì)點(diǎn)的速度w和壓力p都隨時(shí)間τ不斷地變化，有時(shí)流體微團(tuán)還會(huì)繞其瞬時(shí)軸無規(guī)則、且經(jīng)常受擾動(dòng)的有旋運(yùn)動(dòng)——脈動(dòng)。湍流狀態(tài)下，速度w、壓力p、某組分物質(zhì)的量m及流體的溫度T總是在一個(gè)平均值上下不斷的脈動(dòng)。湍流的物理本質(zhì)脈動(dòng)物理量Dt時(shí)間平均脈動(dòng)是瞬時(shí)速度w（或壓力p）對時(shí)間的積分中值：即及及脈動(dòng)的特性性質(zhì)1：的時(shí)均值性質(zhì)2：的時(shí)均方根性質(zhì)3：湍流脈動(dòng)的相關(guān)性如果y=0湍流高度相關(guān)如果y=∞湍流無關(guān)流場中，相距y的任意兩點(diǎn)的相關(guān)性用e12表示速度脈動(dòng)wx′決定湍流中的“三傳”過程——湍流切應(yīng)力

——湍流正應(yīng)力動(dòng)量傳遞

——湍動(dòng)度

——湍流熱通量熱量傳遞

——湍流傳質(zhì)通量質(zhì)量傳遞另外兩個(gè)主要量：湍流動(dòng)能湍流耗散3.1.2湍流的數(shù)學(xué)描述——雷諾方程組粘性不可壓縮流體Navier-Stokes方程連續(xù)方程：運(yùn)動(dòng)方程:X方向：

Y方向：

Z方向：

時(shí)均化處理對各參數(shù)進(jìn)行時(shí)均化處理慣性力第一項(xiàng)時(shí)均化后第二項(xiàng)時(shí)均化后同理：第三項(xiàng)時(shí)均化后：第四項(xiàng)時(shí)均化后：（時(shí)均值不隨時(shí)間變化）可以合并時(shí)均化處理重力項(xiàng)壓力項(xiàng)粘性力項(xiàng)

x方向由湍流脈動(dòng)引起的附加應(yīng)力

連續(xù)方程時(shí)均化后：時(shí)均化處理附加應(yīng)力與粘性力合并后得：雷諾方程組連續(xù)方程X方向Y方向Z方向3.1.3湍流附加應(yīng)力的假定

各種半經(jīng)驗(yàn)的理論模型：普朗特混合長度理論——?jiǎng)恿哭D(zhuǎn)移理論泰勒渦量理論等效湍流粘性力假設(shè)

普朗特混合長度理論①湍流切應(yīng)力由流體微團(tuán)速度脈動(dòng)wy′引起的在l范圍內(nèi)橫向動(dòng)量轉(zhuǎn)移來確定的。②在混合長度范圍內(nèi)wx′≈wy′≈wz′是同一個(gè)數(shù)量級(jí)，則③湍流切應(yīng)力l的物理意義：因速度脈動(dòng)，引起流體任兩層之間的縱向速度差Δw正好等于縱向速度脈動(dòng)wx′時(shí)，該距離稱混合長度l。歸納：（1）湍流切應(yīng)力（2）當(dāng)?shù)牡胤剑牧髑袘?yīng)力=0（3）除壁面附近的流動(dòng)外，出現(xiàn)湍流切應(yīng)力最大值的地方，速度梯度也最大。（4）切應(yīng)力的正負(fù)符號(hào)與速度梯度的相同。泰勒渦量理論湍流切應(yīng)力σt是由于渦量橫向轉(zhuǎn)移所引起的泰勒渦量理論推導(dǎo)出的湍流切應(yīng)力的計(jì)算式它與普朗特混合長度理論的計(jì)算式完全一致的。只不過泰勒理論中的某一橫向尺寸lt是普朗特混合長度l的倍，即等效湍流粘性力假設(shè)Bossinesq假定湍流附加切應(yīng)力也正比于平均的橫向速度梯度，并引進(jìn)等效湍流粘性系數(shù)

t和

t與普朗特混合長度理論比較湍流附加應(yīng)力項(xiàng)用等效湍流粘性力來表示用等效湍流粘性力代替湍流附加應(yīng)力得：是流體的物性，一般為常數(shù)，雖流體種類和溫度T而改變.t

不是流體物性參數(shù)，而是湍流附加應(yīng)力參數(shù)。

t=f(Re,x,y,z,粗糙度)

一般

t通過實(shí)驗(yàn)求得。3.2動(dòng)量、熱量和質(zhì)量傳遞的比擬

3.2.1

分子運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散及湍流運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散3.2.2

熱量交換和質(zhì)量交換比擬3.2.1分子運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散及湍流運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散

當(dāng)Re<Relj

，流體間的相互作用和混合主要靠分子運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散，又稱內(nèi)遷移現(xiàn)象。按分子運(yùn)動(dòng)論

分子運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散的“三傳”引起的速度場、溫度場和濃度場分布規(guī)律一樣Re<Relj時(shí)，靠分子運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散

Re

Relj時(shí)，靠分子運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散+湍流運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散

Re>>Relj時(shí)，湍流運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散充分湍流，∴分子運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散可忽略

引入湍流

t，at，Dt，和Prt，Sct，Let來反映其“三傳”。湍流的動(dòng)量，熱量和質(zhì)量擴(kuò)散均源于脈動(dòng)和漩渦，可近似為:

Dt

t

at=lw

，

Prt

Sct

Let

1實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：

（1）與均小于1，說明：動(dòng)量交換過程不如熱量和質(zhì)量交換更強(qiáng)烈，∴溫度和濃度混合邊界層比速度邊界層發(fā)展得快。（2）由于Let=a/D≈1，說明：溫度和濃度邊界層的發(fā)展十分相近，可以用傳熱過程的基本規(guī)律近似描寫質(zhì)量交換。“三傳”基本規(guī)律的數(shù)學(xué)描述

傳遞通量G“三傳”的特征參數(shù)K，m2/s“三傳”的傳遞動(dòng)力Y動(dòng)力源性質(zhì)單位動(dòng)量傳遞N/m2運(yùn)動(dòng)粘度ν速度差Δw熱量傳遞W/m2或J/(m2·s)熱擴(kuò)散率a溫度差ΔT質(zhì)量傳遞kg/(m2·s)或mol/(m2·s)質(zhì)量擴(kuò)散率D濃度差ΔC“三傳”的可比擬性用如下公式來描述：

3.2.2熱量交換和質(zhì)量交換比擬

1.對流傳質(zhì)的努塞特準(zhǔn)則方程

仿照對流換熱的準(zhǔn)則方程寫出對流傳質(zhì)的準(zhǔn)則方程

顆粒近似為小球體，對流傳質(zhì)的Nuzl準(zhǔn)則方程為：由純分子運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散引起的傳質(zhì)，當(dāng)顆粒與氣體間相對Re很小時(shí)，Nu0≈2.0。2.顆粒在靜止空間中對流傳質(zhì)的特性

或在燃燒學(xué)中的重要意義：氧氣向顆粒表面的擴(kuò)散與顆粒的粒徑δ0成反比。比如：在懸浮燃燒中，燃料顆粒粒徑愈小，“三傳”都愈強(qiáng)烈。熱、質(zhì)傳遞過程比擬項(xiàng)目熱量傳遞Q質(zhì)量傳遞名稱公式及單位名稱公式及單位源動(dòng)力溫度差濃度差基本規(guī)律Ⅰ傅里葉導(dǎo)熱定律菲克定律Ⅱ牛頓對流傳熱對流傳質(zhì)準(zhǔn)則數(shù)努塞爾數(shù)傳質(zhì)努塞爾數(shù)或舍伍德數(shù)符號(hào)傳熱量Q=q

·

f，W傳質(zhì)量

，kg/s或mol/s傳熱通量q=Q/f，W/m2傳質(zhì)通量

，kg/（m2·s）或mol/（m2·s）熱導(dǎo)率λ，W/（m·K）質(zhì)量擴(kuò)散率D，m2/s溫度梯度

，K/m濃度梯度

，kg/m4或mol/m4放熱系數(shù)

α

，W/（m2·K）質(zhì)量交換系數(shù)

，m/s溫度差

，K濃度差△c，kg/m3或mol/m3傳熱面積f，m2傳質(zhì)面積f，m2接上表3.3湍流射流中的積分守恒條件3.3.1

湍流自由射流的特性3.3.2

平行射流的積分守恒條件3.3.3

自由射流的積分守恒條件3.3.4“三傳”過程中普遍適用的二元微分方程組3.3.1湍流自由射流的特性自由射流；無限大靜止空間、不受固壁限制、淹沒于周圍流體介質(zhì)中。1.湍流自由射流的外形結(jié)構(gòu)特征

射流極點(diǎn)射流外邊界線（速度為0）核心區(qū)射流內(nèi)邊界（速度w1）轉(zhuǎn)折斷面射流內(nèi)外邊界間的區(qū)域就是湍流混合邊界層R。射流中心線上的速度wzs隨射流減小。基本段的速度分布成單峰形，在外邊界和軸心線處的速度梯度混合邊界層厚度R

對基本段，,a和是經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，由實(shí)驗(yàn)整理對初始段，湍流自由射流的無量綱射程距離2表示周圍介質(zhì)zs表示軸線上2.湍流自由射流的基本特性自由射流中任意斷面上壓力梯度很小，可認(rèn)為自由射流內(nèi)部的壓力p是不變的，處處相等，且等于周圍介質(zhì)的壓力p0，即p=p0。3.湍流自由射流的自模化特征即斷面上的速度、溫度、濃度等參數(shù)分布的相似性。

3.3.2平行射流的積分守恒條件1.不等溫伴隨流射流的動(dòng)量差積分守恒條件2.小溫差不等溫伴隨流射流焓差及濃度差積分守恒條件

伴隨流射流i1、i2、i，C1、C2、C分別為斷面1-4、周圍介質(zhì)及射流任意斷面上的焓和濃度。3.等溫伴隨流射流的積分守恒條件

對等溫伴隨流射流ρ=ρ1=ρ2=常數(shù)。動(dòng)量差積分守恒條件

熱焓差和濃度差積分守恒條件

3.3.3自由射流的積分守恒條件不等溫自由射流，ρ≠ρ1≠ρ2≠

常數(shù)，w2=0。等溫自由射流ρ=ρ1=ρ2=

常數(shù)，w2=0

軸對稱射流：k=1,噴口半徑及邊界層厚度分別為R0和R；

平面射流：k=0,噴口半高度和邊界層厚度分別為b0和b。3.3.4“三傳”過程中普遍適用的二元微分方程組νt—湍流運(yùn)動(dòng)粘度，

at—湍流熱擴(kuò)散率，

at=νt/PrtDt—湍流擴(kuò)散系數(shù)，

Dt=νt/Sct對于伴隨流射流，邊界條件為當(dāng)y=0，w=wzs，i=izs及C=Czs

當(dāng)y=R(或b)時(shí)，w=w2，i=i2及C=C2

3.4湍流自由射流中的混合與傳質(zhì)

3.4.1湍流自由射流軸心線上參數(shù)的變化規(guī)律3.4.2大溫差不等溫自由射流的湍流混合與傳質(zhì)3.4.3射流本身因燃燒而升溫時(shí)的混合與傳質(zhì)3.4.4氣-固(液)兩相射流中的混合與傳質(zhì)3.4.1湍流自由射流軸心線上參數(shù)的變化規(guī)律1.軸對稱射流軸心線上動(dòng)量、熱量和質(zhì)量交換的變化規(guī)律（1）沿射流方向x(或s)的變化規(guī)律

對軸對稱噴口，，推論：①當(dāng)s=s0或x=x0時(shí)，wzs=w1②對射流核心區(qū)的內(nèi)夾角,

對普通圓形直噴口，a=0.076

（2）射流軸心線上和的變化規(guī)律

2.平面射流軸心線上動(dòng)量、熱量和質(zhì)量交換的變化規(guī)律b0為平面噴口的半高度

3.湍流射流基本段各斷面上的卷吸特性

（1）軸對稱等溫射流基本段任一斷面上的體積流量Q的變化規(guī)律

討論：湍流軸對稱射流轉(zhuǎn)折面上Q/Q1

=2.13。也就是說從射流噴口到轉(zhuǎn)折面上，射流卷吸周圍介質(zhì)的體積流量是出口流量的1.13倍。在射流基本段上，任一斷面上Q/Q1與無量綱距離ax/R0成正比。對等溫同密度的介質(zhì)，Q/Q1等于無量綱質(zhì)量流量m/m1。對不等溫軸對稱射流（射流密度ρ1

≠

周圍介質(zhì)密度ρ2

≠

混合后的密度ρ）基本段卷吸后（2）軸對稱射流基本段任一斷面上的面積平均速度和質(zhì)量平均速度

定義：任一斷面上的體積流量Q除以該斷面的面積f為面積平均流速。定義：任一斷面上的動(dòng)量M除以該斷面的質(zhì)量流量m為質(zhì)量(流量)平均速度。（3）平面噴口等溫射流基本段任一斷面上體積流量Q的變化規(guī)律討論：平面射流在轉(zhuǎn)折面上。初始段卷吸0.42Q1。平面射流基本段上。對等溫同密度介質(zhì)，對不等溫軸對稱射流

（4）平面噴口等溫射流基本段的面積平均速度和質(zhì)量平均速度

4.湍流自由射流中的其他特性

物理量軸對稱射流平面射流無量綱斷面速度分布相似性射流半擴(kuò)展角tgR/x=3.4ab/x=2.4a射流核心區(qū)半角tgθ1.49a0.97a

極點(diǎn)深度0.290.41

核心區(qū)長度0.671.03

無量綱軸心線速度

無量綱軸心線剩余溫度和濃度

無量綱外邊界

無量綱斷面流量

面積平均速度

質(zhì)量平均速度

湍流結(jié)構(gòu)系數(shù)a0.066～0.0760.108～0.118接上表熱焓差守恒

剩余濃度的變化

，無量綱速度、溫差、濃度差衰減加快，射程

3.4.2大溫差不等溫自由射流的湍流混合與傳質(zhì)3.4.3射流本身因燃燒而升溫時(shí)的混合與傳質(zhì)3.4.4氣-固(液)兩相射流中的混合與傳質(zhì)1.兩相射流軸心線上無量綱速度和濃度的變化規(guī)律

2.Czs=Clr

該斷面理論上完全燃燒該斷面到射流極點(diǎn)的無量綱距離稱為理論燃盡火焰長度3.兩相射流任意斷面上3.5旋轉(zhuǎn)射流中的混合與傳質(zhì)

3.5.1旋轉(zhuǎn)射流的特性3.5.2旋流強(qiáng)度及旋轉(zhuǎn)射流的流動(dòng)型式3.5.3各種旋流器旋流強(qiáng)度的計(jì)算3.5.4旋轉(zhuǎn)射流的一些實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果介紹3.5.1旋轉(zhuǎn)射流的特性

旋轉(zhuǎn)射流：一邊旋轉(zhuǎn)一邊前進(jìn),混合+傳質(zhì)。速度分布：射流斷面上分成兩部分：射流內(nèi)部—有旋運(yùn)動(dòng)

r

0，w

0

r

r1，w

w

1外側(cè)部分—無旋運(yùn)動(dòng)

r

r1，w

w

1

r

，w

0橫斷面上壓力分布⑴先研究外側(cè)部分—?jiǎng)菸涣鲃?dòng)區(qū)

按伯努利方程：外邊壁p

=,任意點(diǎn)w

r=w

1

r0

=常數(shù)把任意點(diǎn)的代入上式得任意點(diǎn)的壓力顯然邊界處r=r0

結(jié)論：分界處的壓力pr0比大氣低半徑壓力切向速度任意點(diǎn)rpw

分界處r0Pr0w

1外邊界Rp

w

=0橫斷面上壓力分布：軸向壓力分布：在確定的速度環(huán)量

=2Rw

下在一定的速度環(huán)量下，在噴口附近負(fù)壓很大，∴在射流中心有一個(gè)回流區(qū)⑵研究中心部分—?jiǎng)傮w運(yùn)動(dòng)區(qū)徑向壓力梯度dp/dr=慣性離心力=積分當(dāng)r=r0時(shí)，又∴代回，得核心區(qū)3.5.2旋流強(qiáng)度及旋轉(zhuǎn)射流的流動(dòng)型式1、軸向通量Gφ和軸向動(dòng)量矩Gx均遵守守恒條件：2、旋流強(qiáng)度Ω，反映旋流射流的強(qiáng)弱程度

R為定性尺寸，一般取射流出口半徑d0/2可用噴口處平均的w

和wx計(jì)算。w

/wx反映了旋轉(zhuǎn)強(qiáng)弱。3、不同旋流強(qiáng)度Ω下，旋流射流有兩種基本的流動(dòng)型式：閉合飛邊閉合型氣流：Ω很小時(shí)，沒有回流區(qū)。Ω↑→回流區(qū)↑，x/d0≈2.0處，回流區(qū)消失。飛邊型氣流：Ω再↑，外卷吸繼續(xù)↑。若外側(cè)補(bǔ)氣不足，在外側(cè)形成局部低壓區(qū)，造成氣流貼墻。3.5.3各種旋流器旋流強(qiáng)度的計(jì)算

切向葉片式旋流器葉片傾角α↑，葉片寬度B↓，氣流出口直徑d0↑，葉片出口的直徑d1↑

→旋流強(qiáng)度↑。但α↑，B↓→旋流器的流動(dòng)阻力↑↑。

軸向葉片式旋流器Φ為阻塞系數(shù)β2為葉片外邊緣（半徑R2）處的安裝角3.5.4旋轉(zhuǎn)射流的一些實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果①弱旋轉(zhuǎn)射流：Ω<0.5——回流區(qū)不明顯在x/d0＝2的射流斷面上出現(xiàn)軸向速度近似或?qū)ΨQ型的高斯曲線分布——具有速度相似性。即wmax為軸向速度最大值k為軸向速度的分布常數(shù)

當(dāng)Ω>0.6出現(xiàn)雙峰分布。經(jīng)驗(yàn)公式：

②強(qiáng)旋射流：Ω>0.6最大特征，出現(xiàn)中心回流區(qū)速度和壓力都按1/xk衰減即：w

1/xk；其中w包括軸向、切向、徑向速度；

p

1/xk

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：軸向徑向切向壓力pkk＝124③噴口形狀的影響

回流量回流區(qū)直徑半張角α長度l/d無擴(kuò)口小小00有擴(kuò)口大大≈35度1～2無擴(kuò)口的噴口有擴(kuò)口的噴口3.6鈍體射流中的混合與傳質(zhì)

3.6.1鈍體射流的流動(dòng)結(jié)構(gòu)3.6.2鈍體射流的流動(dòng)特性3.6.1鈍體射流的流動(dòng)結(jié)構(gòu)流體經(jīng)過非流線型物體時(shí)，在下游的減速擴(kuò)壓流動(dòng)中，由于反壓力梯度的作用，引起邊界脫離而形成負(fù)壓，造成回流旋渦區(qū)。主流區(qū)與回流區(qū)間有強(qiáng)烈的動(dòng)量、熱量和質(zhì)量的交換。3.6.2鈍體射流的流動(dòng)特性1.鈍體射流流動(dòng)的特征參數(shù)

軸向總質(zhì)量流量

回流區(qū)軸向回流質(zhì)量流量射流出口的初始質(zhì)量流量

—鈍體的阻塞率外邊界對周圍介質(zhì)的卷吸量回流質(zhì)量流率

k可以看作回流強(qiáng)度的尺度。

2.鈍體幾何參數(shù)對平均流動(dòng)特性的影響鈍體張角2

:↑→回流區(qū)H↑，L↑，k↑阻塞率ε＝(b/B)2ε↑→k↑，L/d↓。

3.7平行與相交射流中的混合與傳質(zhì)

3.7.1混合與傳質(zhì)的動(dòng)力參數(shù)條件3.7.2平行射流3.7.3相交射流3.7.4橫向射流3.7.1混合與傳質(zhì)的動(dòng)力參數(shù)條件當(dāng)兩個(gè)或兩個(gè)以上射流組，軸線平行→平行射流軸線成一定角度相交→相交射流交角為180度→反向射流。1.平行射流混合和傳質(zhì)的動(dòng)力參數(shù)條件

用兩股射流混合邊界層上平均速度梯度來反映它們的“三傳”強(qiáng)弱。混合長度l/邊界層厚度R=常數(shù)。所以湍流切應(yīng)力

兩股平行射流湍流混合的強(qiáng)弱決定于：①動(dòng)壓比

——湍流擴(kuò)散的動(dòng)力來源

動(dòng)壓比↑時(shí)，湍流混合↑，混合邊界層偏于動(dòng)壓小的一側(cè)。動(dòng)壓比→1時(shí)，湍流混合↓↓。②射流自身動(dòng)壓

——射流內(nèi)部進(jìn)行三傳的動(dòng)力源維持射流內(nèi)部的小尺度湍動(dòng)。③系數(shù)k——射流流經(jīng)噴口后的湍動(dòng)度的反映2.相交射流混合和傳質(zhì)的動(dòng)力參數(shù)條件

相交射流在各自慣性力作用下相互碰撞和混合，這個(gè)慣性力比湍流切應(yīng)力要大數(shù)百倍。

原因是：①射流等值核心區(qū)被強(qiáng)烈破壞。②射流變形，混合邊界層很快波及到射流軸心線區(qū)。③兩射合成一股射流，具有最大的相對周界長度。結(jié)論：決定相交射流混合過程的是①慣性力的比值②初始慣性力3.7.2平行射流1.平行射流相鄰區(qū)域湍流混合邊界層厚度b同向平行射流反向平行射流

2.平面平行射流各自側(cè)的混合邊界層厚度b1和b2

假設(shè)：（1）混合邊界層厚度b=b1-b2以外的區(qū)域，流體參數(shù)都是常數(shù)；（2）兩股平行射流為不可壓縮同類同溫流體。

m為速度比x為軸向距離3.平面伴隨流射流混合邊界層厚度b和b1、b2

伴隨流射流混合邊界層發(fā)展規(guī)律與平面平行射流有所不同。主射流與伴隨流之間的湍流混合發(fā)生在主射流的上、下兩側(cè)對稱的邊界層中。3.7.3相交射流1.相交射流匯合流的結(jié)構(gòu)特征

（1）在相交射流的交角平面內(nèi)，射流整體收縮、壓扁，成橢圓形斷面。形成新的匯合流后又逐漸發(fā)展成軸對稱的圓形斷面。（2）α↑，匯合流的收縮↑，在一定的軸向距離x范圍內(nèi)，匯合流不存在自由射流所有的直線外邊界線。匯合流的變形程度，常使用主變形率φ來表征，是匯合流橫斷面尺寸的增量與其初始噴口尺寸的比值。

（3）根據(jù)φ的變化情況，相交射流的流動(dòng)可分為三個(gè)區(qū)段①初始段：從噴口出口斷面到兩射流內(nèi)側(cè)相鄰的外邊界線相交為止。φ=0，射流不變形。一般很短。②過渡段：從初始段終端到φ=常數(shù)時(shí)為止。是相交射流中射流斷面變形最大的區(qū)域，也是混合最強(qiáng)烈的區(qū)域。③主要段：從射流過渡段的終端開始。φ=不變值，標(biāo)志著兩股相交射流已經(jīng)完成了混合，匯合成一股新的自由射流。2.相交射流主變形率的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果介紹

（1）d1=d2

，出口動(dòng)量流率全相同（2）d1=d2

，不同M(=M2/M

1)，不同α①α一定時(shí)

M2↑(即M↑)→φ↑，湍流混合↑。M=1時(shí)→φmax。②M一定時(shí)

α↑(20°→30°)→φ↑，湍流混合↑。

（3）d1

≠d2

，動(dòng)量流率相等①其流動(dòng)結(jié)構(gòu)與d1=d2時(shí)一樣②但α對湍流混合的影響比等直徑、等動(dòng)量流率時(shí)弱。3.相交射流匯合流的運(yùn)動(dòng)方向及速度衰減

（1）等直徑噴口相交射流運(yùn)動(dòng)方向的確定按平行四邊形法則，匯合流偏離主射流的偏角（2）不等直徑噴口相交射流運(yùn)動(dòng)方向的確定

d2/d1≤1.5時(shí)，可以不作修正。d2/d1＞1.5時(shí)，用有效動(dòng)量Myx代替M1，即（3）相交射流匯合流在運(yùn)動(dòng)方向軸心線上的速度衰減

α↑→速度衰減↑，混合↑，射程↓。

x/d1≥25時(shí)，各種工況下的都很接近了。

1-自由射流2-α=10°3-α=20°4-α=30°5-α=40°3.7.4橫向射流1.橫向射流的流動(dòng)結(jié)構(gòu)

近似于繞流圓柱體的情況。2.橫向射流的速度衰減

按右上圖的流動(dòng)結(jié)構(gòu)得到的隨的衰減變化曲線。

a)T2/T1=1b)T2/T1=21-w2=02-w2/w1=202-w2/w1=102-w2/w1=53.橫向射流的射入深度及運(yùn)動(dòng)軌跡

（1）橫向射入深度的確定“最小溫度法”定義“最大速度法”定義（2）橫向射流運(yùn)動(dòng)軌跡方程式軸對稱圓形噴口

平面縫形噴口d0—橫向射流噴口的定性尺寸,對軸對稱噴口或方形、長寬比不大的矩形噴口，d0為當(dāng)量直徑；對平面縫形噴口，d0代表縫隙的寬度b0k—實(shí)驗(yàn)常數(shù)本章結(jié)束第五章氣體燃料燃燒

第一節(jié)擴(kuò)散火焰與預(yù)混火焰概述根據(jù)燃?xì)馐欠耦A(yù)混空氣可將燃燒方式分為：擴(kuò)散燃燒 形成擴(kuò)散燃燒火焰

動(dòng)力燃燒(預(yù)混燃燒)

形成動(dòng)力燃燒火焰(預(yù)混火焰)

按照由于氣體介質(zhì)流速引起的流態(tài)的不同，火焰還可分為：層流燃燒火焰 湍流燃燒火焰

一、燃燒方式與火焰結(jié)構(gòu)?氣體燃料燃燒所需的全部時(shí)間ttmix——?dú)怏w燃料與空氣混合所需的時(shí)間

tch——燃料氧化的化學(xué)反應(yīng)時(shí)間?氣體燃料燃燒所需的全部時(shí)間t若tmix<<tch，則t

近似地等于氧化反應(yīng)時(shí)間，即t≈tch

化學(xué)動(dòng)力燃燒或動(dòng)力燃燒

若tmix>>

tch，則t

近似地等于擴(kuò)散混合時(shí)間，即t≈tmix

擴(kuò)散燃燒

tM、tT——分子擴(kuò)散、湍流擴(kuò)散時(shí)間?燃燒方式與火焰形狀燃燒方式與火焰形狀a)動(dòng)力燃燒(預(yù)混)火焰b)部分預(yù)混火焰c)擴(kuò)散燃燒火焰二、氣體燃料的預(yù)混燃燒

火焰形狀隨a1的變化情況

a)

a1＝0b)0＜a1＜0.3c)0.3＜a1＜1.0d)

a1＞1.2部分預(yù)混燃燒或半預(yù)混燃燒全預(yù)混燃燒?火焰性質(zhì)隨a1的變化情況(1)

a1＝0 擴(kuò)散火焰(2)0＜a1＜1.0 部分預(yù)混燃燒或半預(yù)混燃燒(3)

a1≥1.0 全預(yù)混燃燒1.層流預(yù)混火焰?zhèn)鞑ヅc火焰結(jié)構(gòu)靜止可燃混合氣中層流火焰的傳播(1)

靜止可燃混合氣中層流火焰的傳播I：未燃的預(yù)混可燃混合氣II：高溫燃燒產(chǎn)物B：點(diǎn)火源(火焰中心)A：球形火焰面d：火焰前鋒(前沿)厚度wL(2)

可燃混合氣流動(dòng)時(shí)的火焰?zhèn)鞑?/p>

可燃混合氣流動(dòng)時(shí)的火焰?zhèn)鞑?可燃混合氣以速度w0流動(dòng)，點(diǎn)火后所形成的火焰面向可

燃混合氣來流方向傳播?火焰的位置應(yīng)該穩(wěn)定，火焰前鋒應(yīng)駐定而不移動(dòng)wLw0對于傳播速度為vL的層流火焰，火焰的絕對速度Dv為：可見，火焰前鋒相對于管壁的位移有三種可能的情況：1)若w0<wL，即，火焰面將向混合氣來流方向移動(dòng)2)若w0>wL，即，火焰面將被氣流吹向下游3)若w0＝wL，即，火焰面將駐定不動(dòng)，即火焰穩(wěn)定層流預(yù)混火焰的形狀(近正錐形火焰鋒)(3)

典型的穩(wěn)定層流火焰前鋒

——層流本生燈火焰?管口處為穩(wěn)定的近正錐形火焰前鋒(內(nèi)焰)

(4)

典型的穩(wěn)定層流火焰前鋒

——管內(nèi)層流火焰管內(nèi)層流火焰?zhèn)鞑ィ旱瑰F形火焰焰鋒?層流火焰在管道內(nèi)傳播，

焰鋒呈拋物線型?若在管內(nèi)的層流預(yù)混可燃

混合氣中安裝火焰穩(wěn)定器，則會(huì)形成倒錐形焰鋒

燃燒器噴口處層流預(yù)混火焰示意圖(5)

燃燒器噴口預(yù)混火焰穩(wěn)定性及其結(jié)構(gòu)?工程中要求預(yù)混火焰穩(wěn)定在燃燒器噴口

附近，形成穩(wěn)定的圓錐形火焰鋒面?為保證火焰駐定在噴口處，火焰面上各點(diǎn)

wL應(yīng)等于焰面法線方向上的氣流速度w0

?

w0與可燃混合氣噴出速度w之間的關(guān)系Gouy－Michelson定律(余弦定律)w0wL?火焰錐體的高度(火焰長度)l火焰錐表面微元面在高度方向上的投影為dl，在徑向上的投影為dr，則由幾何關(guān)系可得假定：正錐體火焰，底面半徑等于噴口半徑r0；

wL為常量，與r無關(guān)；

氣流速度w取為噴口斷面的平均流速可見，層流預(yù)混火焰長度隨著可燃混合氣噴出速度或噴口管

徑的增大而增大，卻隨著火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊脑龃蠖鴾p小結(jié)論：1)

當(dāng)燃燒器噴口尺寸和可燃混合氣成分一定時(shí)，若增大流量qV，則將使火焰長度l增大；2)

在噴口尺寸和流量相同的情況下，火焰?zhèn)鞑ニ俣容^大的可燃混合氣(例如H2)的燃燒火焰，要比火焰?zhèn)鞑ニ俣容^小的(例如CO)要短。2.火焰的穩(wěn)定性?當(dāng)噴出速度w變化時(shí)，火焰面可通過改變f角，維持火焰穩(wěn)定?w增大，f角也增大(q角減小)。如果f角直到增大至接近90°

也無法滿足余弦定律，則火焰面無法繼續(xù)保持穩(wěn)定，火焰將被吹離噴口。此時(shí)，火焰可能出現(xiàn)3種現(xiàn)象1)離焰2)吹熄3)脫火(吹脫)?w減小，f角也減小(q角增大)。如果f角直到減小至接近0°

也無法滿足余弦定律，則火焰面無法繼續(xù)保持穩(wěn)定，火焰將縮入噴口內(nèi)，出現(xiàn)回火三、氣體燃料的擴(kuò)散燃燒

擴(kuò)散火焰的形式?按燃料和空氣供入的不同方式，

擴(kuò)散燃燒可有3種形式

a)自由射流擴(kuò)散燃燒b)同軸射流擴(kuò)散燃燒c)逆向射流擴(kuò)散燃燒?按照射流的流動(dòng)狀況可分為

層流擴(kuò)散燃燒和湍流擴(kuò)散燃燒1.層流擴(kuò)散燃燒和火焰結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：?燃?xì)鈬姵鏊俣鹊停瑲饬魈幱趯恿鳡顟B(tài)，燃?xì)夂涂諝獾幕旌弦揽糠肿拥臄U(kuò)散作用進(jìn)行?燃燒速度取決于氣體擴(kuò)散速度?擴(kuò)散火焰厚度很薄，可視作焰面?焰面各處的燃?xì)馀c空氣按化學(xué)當(dāng)量比進(jìn)行反應(yīng)，焰面保持穩(wěn)定層流擴(kuò)散火焰的結(jié)構(gòu)?層流擴(kuò)散火焰分為四個(gè)區(qū)域：1)中心的純?nèi)剂蠀^(qū)2)外圍的純空氣區(qū)3)火焰面外側(cè)的燃燒產(chǎn)物和空氣的混合區(qū)4)火焰面內(nèi)側(cè)的燃燒產(chǎn)物和燃料的混合區(qū)

?火焰錐某一橫截面a—a上燃料、

空氣及燃燒產(chǎn)物的濃度分布?實(shí)際擴(kuò)散火焰的特點(diǎn)實(shí)際擴(kuò)散火焰中的溫度和濃度分布2.層流擴(kuò)散火焰結(jié)構(gòu)的分析

層流擴(kuò)散燃燒系統(tǒng)：?氣體燃料和空氣以相同速度

分別由環(huán)形噴管的內(nèi)管(r1)

與外環(huán)管(r2)噴入燃燒室，

形成同軸射流擴(kuò)散燃燒

層流擴(kuò)散燃燒的火焰形狀1－空氣過剩時(shí)2－燃?xì)膺^剩時(shí)擴(kuò)散火焰外形有兩種類型：?類型1呈封閉收斂狀的錐形擴(kuò)散火焰(曲線1)?類型2呈擴(kuò)散的倒喇叭形火焰(曲線2)

取決于燃料與空氣的混合濃度l1l2層流擴(kuò)散燃燒火焰結(jié)構(gòu)模型?圓柱坐標(biāo)系(r,z)中的擴(kuò)散方程c——可燃混合氣濃度D

——

質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)w——可燃混合氣流速t

——

時(shí)間對于穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散過程：假定(沿z軸氣流的擴(kuò)散傳遞忽略不計(jì))?描述層流擴(kuò)散火焰的微分方程式邊界條件：(1)當(dāng)z＝0及0≤r≤r1時(shí)，c＝c1(內(nèi)管噴出燃?xì)獾某跏紳舛?(2)當(dāng)z＝0及r1≤r≤r2時(shí)，c＝c2(外環(huán)管噴出氧氣的初始濃度)(3)當(dāng)z≥0及r＝0和

r＝r2時(shí)，

c/r＝0?同軸射流擴(kuò)散火焰中可燃混合氣濃度的表達(dá)式i——

1mol燃?xì)馔耆紵龝r(shí)所需要的氧量J1、J0——

一階、零階第一類貝塞爾函數(shù)m

r2

——

J1的正零點(diǎn)，即J1(m

r2)＝0的特征根w

——可燃混合氣的流速(假定燃?xì)夂涂諝獾牧魉傧嗟?對于擴(kuò)散火焰，火焰前鋒面上燃?xì)馀c空氣完全反應(yīng)，c＝0?描述火焰前鋒形狀的方程式可見：當(dāng)燃燒器噴口尺寸及工質(zhì)一定時(shí)，E為常數(shù)，上式可用以預(yù)測火焰前鋒的形狀?擴(kuò)散火焰長度wf、wa——燃?xì)?、空氣的流速qVf、qVa——

燃?xì)?、空氣的體積流量可見，層流擴(kuò)散火焰長度與氣流流速或燃料的體積流量qVf及燃燒器噴口半徑的平方成正比，與質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)D成反比燃料一定時(shí)，D不變且噴口尺寸也一定時(shí)，火焰長度將隨著氣流速度的增大而成比例地增大?霍特爾(H.C.

Hottel)和郝索恩(W.R.Hawthorne)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

(“火焰全長”曲線的前半段，即的部分)煤氣噴出速度對火焰長度的影響?層流擴(kuò)散燃燒火焰長度與雷諾數(shù)Re的關(guān)系對于層流擴(kuò)散燃燒，可假定D≈運(yùn)動(dòng)粘度n，則有可見，擴(kuò)散燃燒火焰長度隨雷諾數(shù)Re的增大近似成比例地增大當(dāng)qVf一定時(shí)，不論噴口尺寸的大小，火焰長度均相同?火焰長度的實(shí)驗(yàn)測量(5種不同尺寸的同心套管燒嘴，煤氣和空氣分別從內(nèi)管和外管以不同的流速垂直向上噴入爐內(nèi))同軸射流擴(kuò)散燃燒火焰長度的實(shí)驗(yàn)測定結(jié)果(Re＝wfdf/nf，wf＝煤氣流速)1－Re＝1500；2－Re＝2300；3－Re＝3000；4－Re＝4500a)燒嘴I、II、III實(shí)驗(yàn)結(jié)果b)燒嘴IV、V實(shí)驗(yàn)結(jié)果由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可確定火焰長度的實(shí)驗(yàn)公式：當(dāng)時(shí)，為層流擴(kuò)散火焰，則

wf、wa——煤氣、空氣的噴出速度，；df——

煤氣噴口直徑，cm；b

——

空氣環(huán)狀噴口的寬度，為外管內(nèi)徑和內(nèi)管外徑之差的一半，cm；l

——

火焰長度，cm。當(dāng)時(shí)，煤氣流動(dòng)開始進(jìn)入層流向湍流的過渡區(qū)，已不是層流擴(kuò)散火焰，則wf、wa——煤氣、空氣的噴出速度，；df——

煤氣噴口直徑，cm；b

——

空氣環(huán)狀噴口的寬度，為外管內(nèi)徑和內(nèi)管外徑之差的一半，cm；l

——

火焰長度，cm。?湍流擴(kuò)散燃燒火焰長度特點(diǎn)：在湍流擴(kuò)散火焰中，燃?xì)馀c氧化劑的混合是靠湍流交換效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)的；混合速度較快，火焰長度必然有所縮短。湍流擴(kuò)散燃燒的火焰長度lT：w——燃?xì)饬魉賠——

燃燒器噴口半徑DT——平均湍流擴(kuò)散率由于湍流擴(kuò)散率DT與湍流強(qiáng)度e和湍流尺度l的乘積成正比，即，且，可見，湍流擴(kuò)散燃燒的火焰長度與燃?xì)獾牧魉贌o關(guān)，僅與燃

燒器噴口的尺寸成正比因此，對于湍流擴(kuò)散燃燒過程，可采用多個(gè)小管徑的燃燒器，

達(dá)到縮短燃燒火焰長度、提高燃燒熱強(qiáng)度的目的3.擴(kuò)散火焰的穩(wěn)定性擴(kuò)散燃燒的特點(diǎn)：?燃?xì)夂涂諝馕唇?jīng)預(yù)先混合，一次空氣系數(shù)a1＝0?燃?xì)庥蓢娍趪姵龊蠓脚c周圍空氣進(jìn)行混合和燃燒?燃?xì)馀c空氣的混合隨著燃?xì)庥蓢娍趪姵鏊俣鹊脑龃蠖鰪?qiáng)?噴口內(nèi)無空氣，火焰不可能縮入噴口內(nèi)，不存在回火問題

回火：可燃混合氣噴出速度小于火焰?zhèn)鞑ニ俣葧r(shí)，火焰縮回噴口內(nèi)燃燒擴(kuò)散燃燒的穩(wěn)定性問題主要是離焰、吹熄和脫火?離焰——燃?xì)鈬姵鏊俣仍龃笾烈欢〝?shù)值時(shí)，火焰即脫離

噴口，在其上方呈懸舉狀態(tài)?脫火——若燃?xì)鈬姵鏊俣壤^續(xù)增大，火焰離開噴口的距

離也增大，火焰錐隨之縮小，火焰隨之熄滅?吹熄——

燃?xì)鈬姵鏊俣冗^高，火焰吹離噴口而熄滅第二節(jié)火焰穩(wěn)定的原理和方法概述燃燒裝置要求：?保證燃料順利著火?著火后形成穩(wěn)定火焰，不出現(xiàn)離焰、吹熄、脫火、回火等問題，具有穩(wěn)定的燃燒過程火焰穩(wěn)定分為兩種：?低速氣流情況下的火焰穩(wěn)定，包括回火、脫火、吹熄等?高速氣流下的火焰穩(wěn)定一、火焰穩(wěn)定的基本條件1.一維管流火焰的穩(wěn)定?若wL與w相等，火焰前鋒則會(huì)穩(wěn)定在管道內(nèi)某一位置上?若wL>w，火焰前鋒位置則會(huì)一直向可燃物的上游方向移動(dòng)，從而發(fā)生回火?如果wL<w，火焰前鋒則會(huì)一直向燃燒產(chǎn)物的下游方向移動(dòng)，直至被可燃混合氣吹走而熄滅管內(nèi)等速流動(dòng)的火焰?zhèn)鞑)

wL＝w，穩(wěn)定b)

wL>w，回火c)

wL<w，脫火wLwLwL?一維管流火焰的穩(wěn)定的基本條件即：要求火焰前鋒穩(wěn)定在某一位置上不動(dòng)，火焰?zhèn)鞑ニ俣扰c可燃混合氣的流動(dòng)速度兩者方向相反，但大小相等在管內(nèi)傳播的火焰前鋒實(shí)際形狀實(shí)際管內(nèi)流速并不均勻，而是呈拋物面分布，故其火焰前鋒呈拋物面狀火焰穩(wěn)定的條件：wn——垂直于焰鋒表面的法向分速wL2.預(yù)混火焰穩(wěn)定的特征和條件預(yù)混火焰的穩(wěn)定預(yù)混火焰前鋒的外形特征：?火焰頂部呈圓角形，而不

是尖錐形；?火焰根部不與噴口相重合，

存在一個(gè)向外突出的區(qū)域，

且靠近壁面處有一段無火

焰區(qū)域(靜區(qū)或熄火區(qū))。

wLwL預(yù)混火焰的穩(wěn)定?切向分速wt的存在是使火焰前鋒沿其切線方向(A－B)移動(dòng)?法向分速wn則使火焰前鋒沿其法向移動(dòng)(N－N)。?為了維持火焰前鋒的穩(wěn)定，使其空間位置不動(dòng)，則務(wù)必設(shè)法平衡wt和wn兩個(gè)速度分量的影響wLwLwL(1)

平衡法向分速wn——使火焰前鋒不致沿N－N方向移動(dòng)

的必要條件(滿足余弦定律)

?f＝0，即氣流速度垂直于火焰前鋒，則為平面火焰，實(shí)際上極不穩(wěn)定?f＝90

，氣流速度平行于火焰前鋒，

vL＝0，實(shí)際上不可能出現(xiàn)的情況?隨著氣流速度w的增大，為維持火焰的穩(wěn)定，火焰會(huì)變得細(xì)長(f角增大)；當(dāng)w減小時(shí)，火焰則會(huì)變短(f角減小)?w發(fā)生變化時(shí)，火焰前鋒會(huì)調(diào)整形狀而在新的條件下穩(wěn)定wL(2)

切向分速wt對火焰前鋒位置移動(dòng)的影響(A－B方向)?當(dāng)w增大時(shí)，wt增大，使火焰前鋒表面

上的質(zhì)點(diǎn)向前移動(dòng)?為保證火焰的穩(wěn)定，必須有另一質(zhì)點(diǎn)

補(bǔ)充到被移動(dòng)點(diǎn)的位置?火焰前鋒根部的質(zhì)點(diǎn)則將被新鮮氣流

帶走，從而使火焰被吹走火焰的吹熄wLwL?因此，為避免火焰被吹走，在火焰的根部必須具有一個(gè)固定的點(diǎn)火源，不斷地點(diǎn)燃火焰根部附近新鮮可燃混合氣，以補(bǔ)充在根部被氣流帶走的質(zhì)點(diǎn)?點(diǎn)火源應(yīng)具有足夠的能量，否則無法保證火焰穩(wěn)定結(jié)論：為了確保氣流中的火焰穩(wěn)定，必須具備兩個(gè)基本條件：1)

火焰?zhèn)鞑ニ俣葁L應(yīng)與可燃混合氣在火焰前鋒法線方向上的分速度wn相等，即滿足余弦定律；2)

在火焰的根部必須有一個(gè)固定的點(diǎn)火源，且該點(diǎn)火源應(yīng)具有足夠的能量。二、火焰穩(wěn)定機(jī)理點(diǎn)火圈的形成機(jī)理(1)

預(yù)混火焰管口上方附近點(diǎn)火環(huán)或點(diǎn)火圈形成機(jī)理wLwLwLwLwLwL(2)

回火和脫火的臨界條件——伯納德?劉易斯(B.Lewis)和京特?馮?埃爾貝(G.vonElbe)火焰穩(wěn)定理論火焰穩(wěn)定條件：氣流速度和燃燒速度在穩(wěn)定點(diǎn)處的梯度相等

?管內(nèi)氣流速度分布符合層流的拋物線分布規(guī)律?流經(jīng)噴口的預(yù)混可燃?xì)怏w體積流量?火焰穩(wěn)定在噴口處且不發(fā)生回火的條件為?不發(fā)生回火或脫火的臨界條件(邊界速度梯度)為?增大qV和減小r0，均使邊界速度梯度加大，減少回火可能性?如果流量一定，則燃燒器噴口尺寸越大，越容易回火?為了不發(fā)生回火，qV必須與r0的三次方成正比地增加?脫火的條件也一樣，只是在數(shù)值上更大一些

臨界邊界速度梯度與濃度關(guān)系(3)

回火和脫火臨界條件的

實(shí)驗(yàn)結(jié)果?燃料的濃度越大，其穩(wěn)定范圍

也更大?在一定濃度下，回火有一最大

邊界速度梯度值，此時(shí)vL最大?錐形火焰鋒面(內(nèi)焰)底面離開噴口的距離稱為靜區(qū)或熄火區(qū)?半徑等于靜區(qū)厚度d的噴口直徑稱為臨界直徑，即dc＝2d?若噴口直徑d小于dc，則容易脫火?臨界直徑dc與燃?xì)夥N類、一次空氣系數(shù)a1關(guān)系的實(shí)驗(yàn)結(jié)果?在進(jìn)行燃燒器設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)燃?xì)夥N類及一次空氣系數(shù)范圍，合理選擇噴口直徑，使其大于相應(yīng)的臨界直徑dc臨界直徑與燃?xì)夥N類、一次空氣系數(shù)的關(guān)系三、高速氣流中火焰的穩(wěn)定1.高速氣流中火焰穩(wěn)定的基本條件?火焰在可燃混合氣流中穩(wěn)定的必要條件之一是火焰前鋒

根部存在氣流速度w等于火焰?zhèn)鞑ニ俣葁L的速度平衡點(diǎn)，

以形成固定點(diǎn)火源?實(shí)際燃燒裝置中的氣流速度(40~120m/s)比最大可能的

湍流火焰?zhèn)鞑ニ俣?~315cm/s)要高出10倍以上

?高速氣流中，火焰難以穩(wěn)定，必須在高速氣流中采用某些特殊手段來穩(wěn)定火焰?采用的主要手段：

利用引燃火焰或稱值班火焰，即在主氣流旁引入小股低

速氣流，著火后不斷引燃主氣流

利用燃燒裝置形狀變化，如偏轉(zhuǎn)射流(突然轉(zhuǎn)彎)、壁面凹槽、突然擴(kuò)張等改變氣流方向的方法，形成回流區(qū)

利用金屬棒(絲、環(huán))，把金屬棒放在火焰上，以改變速度分布，起到穩(wěn)定火焰的作用

采用穩(wěn)焰旋流器，利用旋轉(zhuǎn)射流，產(chǎn)生回流區(qū)

利用鈍體，產(chǎn)生回流區(qū)，以穩(wěn)定火焰?通常在氣流中人為地產(chǎn)生一個(gè)自償性點(diǎn)火源，以滿足氣流法向分速wn等于湍流火焰?zhèn)鞑ニ俣葁T的要求2.鈍體穩(wěn)定火焰的機(jī)理?采用鈍體是最常用、最有效的穩(wěn)定火焰的方法之一?鈍體的形狀很多，如：圓形、平板、半圓錐體、V形槽等?粘性氣體繞流脫體，在其后方形成穩(wěn)定的渦流區(qū)(回流區(qū))?回流區(qū)的形成及其大小和形狀對穩(wěn)定火焰起著決定性作用鈍體火焰穩(wěn)定器回流區(qū)的形成(1)

鈍體后回流區(qū)中氣流結(jié)構(gòu)

鈍體火焰穩(wěn)定器后回流區(qū)的氣流結(jié)構(gòu)?0-1、0-2分別為氣流流經(jīng)鈍體后的湍流外邊界及內(nèi)邊界?外邊界的外側(cè)為主流區(qū)，外邊界及內(nèi)邊界之間為燃燒產(chǎn)物和預(yù)混可燃?xì)獾幕旌衔?0-3-0為各截面上軸向速度為零的點(diǎn)的連線，為回流區(qū)邊界?回流區(qū)內(nèi)充滿燃燒產(chǎn)物，

其流向是逆向穩(wěn)焰器，

起固定連續(xù)點(diǎn)火源作用鈍體火焰穩(wěn)定器后的氣流軸向速度分布?氣流流經(jīng)鈍體，湍流脈動(dòng)激烈，形成兩個(gè)對稱、橢圓形旋渦，每個(gè)旋渦中間有一核心，核心中點(diǎn)O1、O2的速度為零?截面I，其軸向速度方向在O1以上和O2以下與主氣流方向相同，離零速度點(diǎn)越遠(yuǎn)，速度越大，直到與主流速度相同；在O1和O2之間，軸向速度方向與主氣流方向相反，離軸線位置越近，速度越大

?II、III每個(gè)截面均存在上下兩個(gè)零軸向速度點(diǎn)，連線(虛線)包圍的中間部分是逆流區(qū)，以外部分是順流區(qū)(2)

鈍體后回流區(qū)火焰穩(wěn)定原理鈍體火焰穩(wěn)定器點(diǎn)火源的位置?可燃混合氣繞流鈍體，改變原先的流動(dòng)特性，產(chǎn)生回流區(qū)?回流旋渦將高溫?zé)煔鈳Щ剽g體，燃燒反應(yīng)溫度顯著升高，火焰得以穩(wěn)定在一個(gè)小的區(qū)域內(nèi)?O-O截面，順流區(qū)軸向速度w在0至wm

之間，該區(qū)中總可找到一點(diǎn)(如b點(diǎn))，

滿足wb＝wT，即火焰穩(wěn)定，火焰在此形成了一個(gè)固定點(diǎn)火源火焰穩(wěn)定特性曲線?鈍體穩(wěn)焰器維持火焰穩(wěn)定，要求：

1)

其后形成一個(gè)固定點(diǎn)火源

2)

還要求它具有足夠的能量?若流過鈍體穩(wěn)焰