高等燃燒學(xué)燃燒物理學(xué)基礎(chǔ)

高等燃燒學(xué)燃燒物理學(xué)基礎(chǔ)第一頁，共二十七頁，2022年，8月28日質(zhì)量密度如果氣體中共有N種組分，每一種組分用s來表示，那么P點(diǎn)處組分的質(zhì)量密度為：2.2多組氣體基本參量一、密度第二頁，共二十七頁，2022年，8月28日組分的質(zhì)量相對(duì)濃度，或稱為質(zhì)量百分比濃度多組分氣體中組分的摩爾相對(duì)濃度，或者說是摩爾百分比濃度一、密度第三頁，共二十七頁，2022年，8月28日如果多組分氣體各組的分子量相差不多或者其中一組分的濃度大大大于其他所有組分的濃度一、密度第四頁，共二十七頁，2022年，8月28日假定有一種靜止的等溫度流體B，從它的一邊滲入另一種流體A，而在另一邊將流體A滲出。在B中不同的層上，A的濃度不同。由于濃度差存在，將產(chǎn)生擴(kuò)散。在單位時(shí)間內(nèi)、單位面積上流體A擴(kuò)散造成的物質(zhì)流與在B中流體A的濃度梯度成正比，即：圖費(fèi)克擴(kuò)散定律示意圖二、擴(kuò)散定律第五頁，共二十七頁，2022年，8月28日在考慮兩種組分以上的多組分混合物的擴(kuò)散問題時(shí)，常常把考慮的組分當(dāng)作一種組分，而把組分以外的所有組分作為另一種組分，這樣近似地處理為雙組分?jǐn)U散問題，那么擴(kuò)散方程可以寫為：二、擴(kuò)散定律第六頁，共二十七頁，2022年，8月28日假定把混合物看作理想氣體，還可以把擴(kuò)散方程表示成分壓力梯度或質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的形式，即：二、擴(kuò)散定律第七頁，共二十七頁，2022年，8月28日也可以把擴(kuò)散方程表示為馬克斯韋爾-斯蒂芬（Maxwell-Stefan）的形式二、擴(kuò)散定律第八頁，共二十七頁，2022年，8月28日在多組分混合物中，通過一個(gè)微元表面，各組分?jǐn)U散的物質(zhì)流之和為零二、擴(kuò)散定律第九頁，共二十七頁，2022年，8月28日多組分氣體的導(dǎo)熱問題不同于單組分氣體的導(dǎo)熱定律所描述的那樣，它除了由于溫度梯度所造成的熱流之外，還應(yīng)當(dāng)有擴(kuò)散的物質(zhì)流所攜帶的焓值。即對(duì)普通的傅立葉導(dǎo)熱定律應(yīng)進(jìn)行修正，而成為修正的傅立葉導(dǎo)熱定律其中：包括顯焓和生成焓（即化學(xué)焓）兩部分

二、擴(kuò)散定律第十頁，共二十七頁，2022年，8月28日普朗特?cái)?shù)斯密特?cái)?shù)劉易斯數(shù)三、三個(gè)重要的無量綱數(shù)第十一頁，共二十七頁，2022年，8月28日組分的守恒關(guān)系由于多組分氣體宏觀流動(dòng)從微元體帶走的組分的量，加上由于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)組分?jǐn)U散出去的量，再加上由于化學(xué)反應(yīng)消耗掉的組分的量，應(yīng)該等于同一時(shí)間內(nèi)，微元體內(nèi)組分物質(zhì)質(zhì)量的減少。圖4-3微元體各面上應(yīng)力分析四、擴(kuò)散方程第十二頁，共二十七頁，2022年，8月28日x方向上由于流動(dòng)造成的組分從微元體的凈流出量x方向上由于擴(kuò)散造成的組分從微元體的凈流出量圖4-3微元體各面上應(yīng)力分析四、擴(kuò)散方程第十三頁，共二十七頁，2022年，8月28日在y方向和z方向由于流動(dòng)和擴(kuò)散而造成的凈物質(zhì)流量四、擴(kuò)散方程第十四頁，共二十七頁，2022年，8月28日在同一時(shí)間內(nèi)，微元體內(nèi)由于化學(xué)反應(yīng)使得s組分的生成或消耗為w，同一時(shí)間內(nèi)微元體內(nèi)s組分的質(zhì)量隨時(shí)間的變化四、擴(kuò)散方程第十五頁，共二十七頁，2022年，8月28日應(yīng)用連續(xù)性方程四、擴(kuò)散方程第十六頁，共二十七頁，2022年，8月28日對(duì)于定常情況四、擴(kuò)散方程第十七頁，共二十七頁，2022年，8月28日一、什么是射流？燃料燃燒過程中，燃料、氧及燃燒生成物通常以較高的速度進(jìn)行流動(dòng)，這些物質(zhì)存在速度梯度，溫度梯度和濃度梯度。于是在流動(dòng)過程中進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)進(jìn)行動(dòng)量交換、能量交換和質(zhì)量交換.2.4射流特性第十八頁，共二十七頁，2022年，8月28日二、射流的定義及分類高速噴出的流體為射流在研究燃燒問題時(shí)，不可回避射流問題射流研究建立在流體力學(xué)和傳熱、傳質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)上射流分類 均勻~非均勻 單股~多股 單相~多相 層流~湍流 直流~旋流 等溫~不等溫 自由~受限第十九頁，共二十七頁，2022年，8月28日三、直流自由射流有關(guān)射流定義自由射流：射流不受固體壁限制，噴向無限大空間，而且射流與周圍介質(zhì)具有相同的物理屬性，又稱自由淹沒射流直流射流：射流不旋轉(zhuǎn)，切向速度為零等溫射流：射流溫度梯度不變化第二十頁，共二十七頁，2022年，8月28日三、直流自由射流直流自由射流特性等溫直流自由射流的速度場(chǎng)初始段基本段過渡截面核心區(qū)外邊界極點(diǎn)第二十一頁，共二十七頁，2022年，8月28日三、直流自由射流射流不斷與周圍進(jìn)行質(zhì)量、動(dòng)量和能量交換，射流越來越寬，速度越來越低射流初始段：射流軸線速度仍保持初始速度的區(qū)段射流基本段：射流初始段以后的射流區(qū)段，軸線速度隨著射流發(fā)展逐漸減小射流過渡截面：射流初始段和射流基本段的分界面射流核心區(qū)：射流速度保持初速度的區(qū)域，圓錐形射流外邊界：射流外側(cè)速度為零點(diǎn)的包絡(luò)線射流內(nèi)邊界：速度等于出口速度與速度小于出口速度的射流的分界面射流邊界層：射流核心區(qū)以外，外邊界以內(nèi)的區(qū)域射流極點(diǎn)：射流外邊界延長線的交點(diǎn)第二十二頁，共二十七頁，2022年，8月28日初始段基本段過渡截面核心區(qū)外邊界極點(diǎn)軸心速度x0h0流量動(dòng)量壓力三、直流自由射流第二十三頁，共二十七頁，2022年，8月28日定義軸向速度usx，徑向速度usy，研究發(fā)現(xiàn)usy<<usx因此一般只考慮軸向速度，簡寫為us基本段不同截面處(即距離為x),沿寬度y的分布具有相似性x1x2x3usyus/usmy/y0.5三、直流自由射流第二十四頁，共二十七頁，2022年，8月28日經(jīng)驗(yàn)表明，不同截面的無因次速度在一條直線上，由此可見，在射流基本段上，各截面上速度分布具有相似性，與Re無關(guān)，稱為自由射流的自模性經(jīng)驗(yàn)公式射流軸線上速度變化上式中三、直流自由射流第二十五頁，共二十七頁，2022年，8月28日式中us——某點(diǎn)處射流軸向速度usm——某點(diǎn)對(duì)應(yīng)的軸線處射流軸向速度us0——射流核心區(qū)軸向速度y——某點(diǎn)距射流軸線距離yb——某點(diǎn)所在截面射流邊界半徑h——無量綱距離a為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)a=0.07~0.076，對(duì)軸對(duì)稱湍流射流a=0.1~0.12，對(duì)矩形噴口湍流平面射流三、直流自由射流第二十六頁，共二十七頁，2022年，8月28日射流基本段濃度分布對(duì)圓形射流某截面上的濃度分布fm