層流擴(kuò)散詳細(xì)講解

1、層流擴(kuò)散層流擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)層流擴(kuò)散火焰在靜止流體中或在靜止流體中或流速分布均勻的流速分布均勻的層流中，流體微層流中，流體微團(tuán)以宏觀速度運(yùn)團(tuán)以宏觀速度運(yùn)行行，以，以分子無規(guī)分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散。則運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散。分子擴(kuò)散分子擴(kuò)散層流時(shí)，流體微層流時(shí)，流體微團(tuán)以時(shí)均流速運(yùn)團(tuán)以時(shí)均流速運(yùn)行行 ，亦稱移流傳，亦稱移流傳輸、隨流傳輸或輸、隨流傳輸或?qū)α鱾鬏敗?duì)流傳輸。紊流時(shí)，流體紊流時(shí)，流體微微團(tuán)不以團(tuán)不以時(shí)均流速時(shí)均流速運(yùn)行，而以脈動(dòng)運(yùn)行，而以脈動(dòng)流速擴(kuò)散，即由流速擴(kuò)散，即由于渦流和脈動(dòng)運(yùn)于渦流和脈動(dòng)運(yùn)動(dòng)，使擴(kuò)散大為動(dòng)，使擴(kuò)散大為加快。加快。剪切流動(dòng)中，由剪切流動(dòng)中，由于時(shí)均流速分布于時(shí)均流速分布的不均勻，引起的

2、不均勻，引起含有物質(zhì)散開的含有物質(zhì)散開的現(xiàn)象?，F(xiàn)象。層流擴(kuò)散層流擴(kuò)散紊流擴(kuò)散紊流擴(kuò)散離散（彌散）離散（彌散）l 擴(kuò)散擴(kuò)散：流體中含有物質(zhì)：流體中含有物質(zhì)從含量多處從含量多處向含量少處向含量少處傳輸?shù)默F(xiàn)象。傳輸?shù)默F(xiàn)象。一、層流擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)FickFick定律定律1單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積的單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積的溶解物質(zhì)與溶質(zhì)濃度在該面積法溶解物質(zhì)與溶質(zhì)濃度在該面積法線方向的梯度成比例。線方向的梯度成比例。FickFick定律定律（分子擴(kuò)散定律）（分子擴(kuò)散定律） micQDxl Q為溶質(zhì)在xi方向的單位通量； c為溶質(zhì)濃度； Dm為分子擴(kuò)散系數(shù)。l 負(fù)號(hào)表示溶質(zhì)擴(kuò)散的方向與濃度梯度方向相反，即是從濃

3、度高處向濃度低處擴(kuò)散。梯度型經(jīng)驗(yàn)公式梯度型經(jīng)驗(yàn)公式分子擴(kuò)散方程分子擴(kuò)散方程2dx1dx2A AD C BDDB C x1x3x2dx3流入流出流出流出流入流入x1方向：23231 mcQdx dx dtDdx dx dtx流入1231123111 mmQQdxdx dx dtxccDDdxdx dx dtxxx流出流入流出123123111mQcdx dx dx dtDdx dx dx dtxxx分子擴(kuò)散方程分子擴(kuò)散方程212311mcDdx dx dx dtxxx x1 1方向：方向：x x2 2方向：方向：x x3 3方向：方向：12322mcDdx dx dx dtxx12333mcDd

4、x dx dx dtxxdt dt時(shí)段內(nèi)由于濃度時(shí)段內(nèi)由于濃度c c的變的變化，控制體內(nèi)擴(kuò)散質(zhì)的化，控制體內(nèi)擴(kuò)散質(zhì)的增加量增加量: :控制體控制體123cdx dx dx dtt質(zhì)量守恒定律質(zhì)量守恒定律112233mmmccccDDDtxxxxxx22i=1 2 3（，） ， miccDtx亦稱為亦稱為 Fick第二定律第二定律 分子擴(kuò)散分子擴(kuò)散層流擴(kuò)散層流擴(kuò)散流速分布均勻的層流流速分布均勻的層流x1方向：123123cdx dx dxcu dx dx dt流入111231cucudxdx dx dtx流出流入流出11231cudx dx dx dtxdx1dx2A AD C BDDB C x

5、1x3x2dx3流入流出流出流出流入流入 x3方向：123312cdx dx dxcu dx dx dt流入333123cucudxdx dx dtx流出流入流出31233cudx dx dx dtx123213cdx dx dxcu dx dx dt流入222132cucudxdx dx dtx流出流入流出21232cudx dx dx dtxdx1dx2A AD C BDDB C x1x3x2dx3流入流出流出流出流入流入x2方向：x x1 1方向：方向：x x2 2方向：方向：x x3 3方向：方向：x x1 1方向：方向：x x2 2方向：方向：x x3 3方向：方向：12311mcD

6、dx dx dx dtxx12322mcDdx dx dx dtxx12333mcDdx dx dx dtxx11231cudx dx dx dtx21232cudx dx dx dtx31233cudx dx dx dtx 層流中，層流中，dtdt時(shí)段內(nèi)由于濃度時(shí)段內(nèi)由于濃度c c的變化，控制的變化，控制體內(nèi)擴(kuò)散質(zhì)的增加量體內(nèi)擴(kuò)散質(zhì)的增加量: :123cdx dx dx dtt 22imiicuccDtxx123111222333mmmcucucuccccDDDtxxxxxxxxx123123112233mmmcucucuccccDDDtxxxxxxxxx層流擴(kuò)散項(xiàng)層流擴(kuò)散項(xiàng)分子擴(kuò)散項(xiàng)分子擴(kuò)

7、散項(xiàng)二、層流擴(kuò)散火焰層流擴(kuò)散火焰結(jié)構(gòu)2層流擴(kuò)散火焰向紊流擴(kuò)散火焰的過渡3擴(kuò)散火焰的多相過程4基本概念1基本概念1 燃料燃燒的時(shí)間 燃料燃燒所需要的全部時(shí)間通常由兩部分構(gòu)成，即氧化劑和燃料之間發(fā)生物理性接觸所需要的時(shí)間m和進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)所需要的時(shí)間r。燃料的燃燒擴(kuò)散式燃燒擴(kuò)散式燃燒預(yù)混式預(yù)混式燃燒燃燒部分預(yù)混式燃燒完全預(yù)混式燃燒基本概念1 擴(kuò)散燃燒和預(yù)混燃燒 化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行很快，燃燒的快慢主要取決于混合擴(kuò)混合擴(kuò)散速度散速度，而與化學(xué)反應(yīng)速度關(guān)系不大。mrm 擴(kuò)散燃燒擴(kuò)散燃燒: :mrr 預(yù)混預(yù)混燃燒燃燒: : 混合過程進(jìn)行很快,燃燒的快慢主要取決于化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)速度速度（或化學(xué)動(dòng)力因素），而與混合

8、擴(kuò)散過程關(guān)系不大。基本概念1 一次空氣系數(shù)和二次空氣系數(shù) 在燃燒器中預(yù)先和燃?xì)饣旌系目諝饬颗c燃燒需要理論空氣之比叫一次空氣系數(shù)。a0VV 二次空氣是指燃?xì)庠谌紵^程中依靠擴(kuò)散作用從周圍獲得的空氣，二次空氣占燃燒所需理論空氣量的比例叫二次空氣系數(shù)?；靖拍? 擴(kuò)散式燃燒 點(diǎn)燃前，燃?xì)馀c空氣不相接觸（0），燃燒所需的氧氣完全依靠擴(kuò)散作用從周圍大氣獲得，燃?xì)馀c空氣在接觸面處邊混合邊燃燒。 層流狀態(tài)下，擴(kuò)散燃燒依靠分子擴(kuò)散作用使周圍氧氣進(jìn)入燃燒區(qū)；紊流狀態(tài)下，則主要依靠紊流擴(kuò)散作用來獲得燃燒所需的氧氣；兩種流態(tài)下的火焰結(jié)構(gòu)有很大的差異。層流擴(kuò)散火焰結(jié)構(gòu)2 分子擴(kuò)散進(jìn)行得比較緩慢，其速度遠(yuǎn)低于燃燒的化學(xué)

9、反應(yīng)速度，因此層流擴(kuò)散燃燒的速度由氧的擴(kuò)散速度決定。 燃燒反應(yīng)只在燃料與氧氣有效接觸的火焰面上進(jìn)行，而燃燒的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行得很快，因此火焰焰面很薄。圖圖2-1 2-1 層流擴(kuò)散火焰的層流擴(kuò)散火焰的結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖層流擴(kuò)散火焰結(jié)構(gòu)21一外側(cè)混合區(qū)（煙氣空氣）；2內(nèi)側(cè)混合區(qū)（煙氣燃?xì)猓?；Cg燃?xì)鉂舛龋籆cp燃?xì)猱a(chǎn)物濃度； 火焰錐頂與噴口之間的距離稱為火焰長(zhǎng)度或火焰高度。 對(duì)于層流擴(kuò)散火焰，其火焰高度與燃?xì)饬髁砍烧?，而與氣體的擴(kuò)散系數(shù)成反比DvdL2式中 L 層流擴(kuò)散火焰高（長(zhǎng)）度； v 燃?xì)饬魉伲?d 燃?xì)獬隹谥睆剑?D 氣體的擴(kuò)散系數(shù)。 層流擴(kuò)散火焰結(jié)構(gòu)2層流擴(kuò)散火焰向紊流擴(kuò)散火焰的過渡3圖3-1 層流火焰向紊流火焰的過渡1-火焰長(zhǎng)度終端曲線，2-層流火焰終端曲線擴(kuò)散火焰的多相過程4 一般說來，燃?xì)饣鹧媸遣话l(fā)光的透明火焰。但實(shí)際中，會(huì)發(fā)現(xiàn)擴(kuò)散火焰往往呈現(xiàn)出明亮的淡黃色。這不是氣體燃料本身燃燒形成的，而是由于燃料氣在高溫缺氧的環(huán)境下發(fā)生熱分解而產(chǎn)生的固體碳的顆粒燃燒造成的。碳?xì)浠衔镞M(jìn)行擴(kuò)散燃燒時(shí)，可能出現(xiàn)兩個(gè)不同的燃燒區(qū)域：一個(gè)是真正的擴(kuò)散火焰，它是從燃燒器出口向上伸展的一個(gè)很薄的反應(yīng)層，不發(fā)光；另一個(gè)是光焰