第六章可燃氣體擴散燃燒

1、燃燒學 主編6.1可燃氣體擴散燃燒的特點6.2無反應層流自由射流6.3層流射流擴散火焰6.4同軸射流擴散火焰6.5湍流擴散火焰第六章 可燃氣體擴散燃燒6.1可燃氣體擴散燃燒的特點(1)自由射流擴散火焰，氣體燃料從噴口向大空間的靜止空氣中噴出后燃燒所形成的射流火焰，如圖6-1a所示。(2)同軸射流擴散火焰，氣體燃料與空氣流從同一軸線的內(nèi)外噴管中噴出后燃燒所形成的射流火焰，如圖6-1b所示。(3)逆向射流擴散火焰，氣體燃料噴出方向與空氣來流方向相反時燃燒所形成的射流火焰，如圖6-1c所示。圖6-1射流火焰方式a)自由射流b)同軸射流c)逆向射流6.1可燃氣體擴散燃燒的特點6.2無反應層流自由射流6

2、.2.1層流射流模型6.2.2層流射流求解6.2.3射流參數(shù)6.2.4燃料濃度場6.2.1層流射流模型圖6-2氣體噴入靜止空氣中的層流射流(6-1)(6-2)(6-3)6.2.1層流射流模型6.2.1層流射流模型(1)整個流場中的密度為常數(shù)。(2)組分的分子輸運符合費克定律的二元擴散。(3)運動粘度和組分擴散系數(shù)D都是常數(shù)，且相等，從而保證速度場和質(zhì)量分數(shù)場的相似。(4)只考慮徑向的擴散，忽略軸向的擴散。6.2.1層流射流模型6.2.1層流射流模型6.2.1層流射流模型6.2.2層流射流求解圖6-3層流射流a)原始軸向速度分布b)自相似軸向速度分布c)自相似徑向速度分布6.2.2層流射流求解6

3、.2.2層流射流求解(6-9)(6-10)(6-11)(6-12)(6-13)6.2.2層流射流求解(6-14)(6-15)(6-16)(6-17)(6-18)6.2.2層流射流求解(6-19)(6-20)(6-21)(6-22)(6-23)6.2.2層流射流求解(6-24)(6-25)(6-26)(6-27)(6-28)6.2.2層流射流求解(6-29)(6-30)(6-31)(6-32)(6-33)6.2.3射流參數(shù)1.中心軸線速度2.擴張率和擴張角3.卷吸量1.中心軸線速度(6-34)(6-35)(6-36a)(6-36b)2.擴張率和擴張角圖6-4射流半寬和射流擴張角的定義(6-37)

4、(6-38)(6-39)2.擴張率和擴張角3.卷吸量(6-40)(6-41)(6-42)(6-43)6.2.4燃料濃度場(6-37)(6-38)(6-39)6.3層流射流擴散火焰6.3.1層流射流擴散火焰的特點6.3.2層流射流火焰模型6.3.3層流射流火焰的解6.3.1層流射流擴散火焰的特點圖6-5射流擴散火焰和參數(shù)分布6.3.1層流射流擴散火焰的特點火焰的大體長度:(6-37)火焰長度又可表達為:(6-38)在此假定空間中只有三種組分，燃料、氧化劑、產(chǎn)物，三者的質(zhì)量分數(shù)和為1。(6-39)6.3.2層流射流火焰模型(1)射流燃燒存在反應火焰面。通常假定化學反應速度非常快，反應僅發(fā)生在非常薄

5、的面上。 (2)密度的變化。在射流火焰中溫度升高必然導致密度的減小，常用到的理想氣體狀態(tài)方程反映了這一點，這就導致了控制方程求解的復雜性。(3)能量方程。射流火焰中反應的存在使得熱量產(chǎn)生和溫度升高，這就需要增加能量控制方程。 (4)浮力的影響。浮力的存在使得無反應射流中積分形式的軸向動量守恒方程不適用，微分軸向動量控制方程中需要增加浮力項，使得方程變得復雜。(4)浮力的影響?；旌衔锓謹?shù)gm(稱為守恒標量)：（6-55）絕對焓h(守恒標量)，于是有：（6-56）6.3.3層流射流火焰的解從理論解式(6-57)、式(6-59)可以看出層流火焰長度同樣是正比于燃料的體積流量QF。若施密特數(shù)SC/D=

6、1，則火焰長度也正比于雷諾數(shù)（6-61）6.3.3層流射流火焰的解6.4同軸射流擴散火焰6.4.1同軸射流擴散火焰的特點6.4.2擴散火焰與動力火焰6.4.1同軸射流擴散火焰的特點(1)沒有徑向速度，vr=0。(2)密度與組分擴散系數(shù)的乘積保持不變，D=cD0=const。6.4.1同軸射流擴散火焰的特點圖6-6同軸射流擴散火焰6.4.1同軸射流擴散火焰的特點則依據(jù)式(6-51)有：（6-62）從而氣體燃料的組分守恒方程式(6-53)變?yōu)椋海?-63）求解上述偏微分方程得到fF(r，x)的表達式比較復雜，含有貝塞爾函數(shù)。r=0，fF(r，x)=0時的x值即為火焰長度Lf。Lf要通過下述超越方程的求解得到:（6-64）6.4.1同軸射流擴散火焰的特點6.4.2擴散火焰與動力火焰圖6-8動力火焰逐漸轉(zhuǎn)化為擴散火焰的過程表6-2空氣中各種火焰的臨界雷諾數(shù)6.4.2擴散火焰與動力火焰圖6-9火焰的形狀及高度隨射流速度增加時的變化6.4.2擴散火焰與動力火焰6.5湍流擴散火焰(1)初始射流動量通量與作用在火焰上