热动燃烧学第03章 燃烧物理基础ppt课件.ppt

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1、第3章燃烧物理基础《燃烧学》2005年2月1学习燃烧物理基础,是因为:燃烧过程中的气体是多组份的伴有化学组分的生成与消失放热过程中热量的生成与传递火焰的传播和流动本章的内容:分子输运定律有化学反应的二维边界层守恒方程斯蒂芬流泽尔多维奇转换相分界面边界条件多组分反应系统相似准则2§3-1分子输运基本定律分子输运的基本定律是指:不考虑交叉输运现象时,分子输运过程所遵循的定律,即:速度梯度引起的动量交换牛顿粘性定律温度梯度引起的热量交换傅立叶导热定律浓度梯度引起的质量交换费克扩散定律31.牛顿（Newton）粘性定律如图,两无限宽

2、长的不可渗透平板相距中间充满等温的流体B下平板固定，上平板以定常速度u运动实验发现:流体的速度由上平板处的u变到下平板处的零表明流速快的一层和流速慢的一层之间有剪切力流速慢的一层对流速快的一层有阻力单位面积上剪切力的大小和速度梯度u/y成正比即：固定板运动板u∞yBx牛顿粘性定律4牛顿粘性定律给出了剪切力与动量梯度间的关系牛顿粘性定律,即:是单位面积上的剪切力是动力粘性系数（也称动力粘度）u/y是速度梯度（也称剪切速率）负号表示动量传递与速度u增加的方向相反当为常数时，牛顿粘性定律可写为：=v式中

3、是流体的密度v是运动粘性系数52.傅立叶（Fourier）导热定律相距的两个平行平板之间充满一种静止流体上板温度为T，下板温度为TW，且T＞TW沿y方向上各层之间的温度不同由于温差，各层之间产生了热量交换。热量将从温度高的一层流向温度低的一层。单位时间内，单位面积上的热流量与温度梯度成正比,则有傅立叶导热定律：q=–T/yTWyT∞x图傅立叶导热定律热板冷板6q=–T/yq是单位时间单位面积上的热流量是导热系数T/y是温度梯度负号表示热流方向与温度增加的方向相反当、cp为常数时，傅立叶导热定律又可

4、写为：q=–a（cpT）/ya=/cpa称为热扩散系数为密度cp为定压比热容73.费克（Fick）扩散定律相距为的两个多孔的平行平板之间充满一种静止的等温流体B另一种与B温度相同的流体A从一边渗入（渗入浓度为CA）从另一渗出（渗出浓度为CAw）而且CA>CAw。由于浓度差存在，而产生扩散横坐标代表A的浓度这样在B中不同的层上，A的浓度不同yBCA∞CAWx图费克扩散定律8费克扩散定律费克扩散定律:单位时间、单位面积上流体A扩散造成的物质流与在B中流体A的浓度梯度成正比费克扩散定律可用下式表示,即：JA=–D

5、ABA/yJA表示单位时间内，单位面积上流体A扩散造成的物质流量DAB是A在B中的扩散系数A/y是浓度梯度负号表示扩散物质流的方向与浓度增加的方向相反。9考虑两种以上组份的多组份混合物扩散问题时常把第i种组份考虑为第一种组份把第i种组份以外的所有组份作为另一组份j近似地按双组份扩散问题处理扩散方程可写为:Ji=–Diji/y扩散系数Dij和各组份的成份及其浓度有关10对理想气体,扩散方程可以表示成压力梯度Pi或Yi的形式:理想气体:niRT=PiVCiRT=PiiRT=PimiMaxwell-Stefan形

6、式:Vi=Ji/i----i组分相对于混合气的扩散速度11假定多组分气体处于流动状态多组分气体相对于静止坐标,有一个宏观流动速度vi组分相对于混合气有一个扩散速度Vii组分相对于静止坐标也有一个流动速度vi三者之间的关系为:Vi=vi-v混合气整体相对于静止坐标的物质流:q=vi组分相对于静止坐标的物质流是:qi=ivii组分相对于混合气整体的扩散扩散物质流是:Ji=iVi12Vi=vi-v对上式同乘以i有Ji=qi–Yiq混合气整体所携带的i组分的物质流iViiviYiv混合气整体相对于静止坐标的物质流q等于

7、各组分相对于静止坐标的物质流之和q=qiv=Yivi对Ji=qi–Yiq求和有:Ji=qi–Yiq=q–q=0多组分混合气中,通过一个微元表面,各组分扩散物质流矢量之和为0但是:Vi013多组份气体的导热问题(不象单组份气体)除了包括由温度梯度造成的热流之外还应当有扩散的物质流所携带的焓值可对普通的傅立叶导热定律进行修正,使它适用于多组份气体的导热问题修正的傅立叶导热定律可以写成：Vi为i组分相对于混合气整体的扩散速度hi为i组份的焓，它包括显焓和生成焓（即化学焓）两部分i组份的焓hi为:h0,i为i组份的生成焓

8、cp,i为i组份的定压比热容144.输运系数及输运系数间的关系牛顿粘性、傅立叶导热和费克扩散定律:q=–a（cpT）/y形式上完全一样,aD在量纲上也完全相同常把它们写成一种通用形式：=–g/y只不过在不同物理量的输运中:、、g所代表的具体物理意义不同