燃烧学 教学课件 作者 陈长坤 第六章 可燃气体扩散燃烧.ppt

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1、燃烧学主编6.1　可燃气体扩散燃烧的特点6.2　无反应层流自由射流6.3　层流射流扩散火焰6.4　同轴射流扩散火焰6.5　湍流扩散火焰第六章可燃气体扩散燃烧6.1　可燃气体扩散燃烧的特点(1)自由射流扩散火焰，气体燃料从喷口向大空间的静止空气中喷出后燃烧所形成的射流火焰，如图6 - 1a所示。(2)同轴射流扩散火焰，气体燃料与空气流从同一轴线的内外喷管中喷出后燃烧所形成的射流火焰，如图6 - 1b所示。(3)逆向射流扩散火焰，气体燃料喷出方向与空气来流方向相反时燃烧所形成的射流火焰，如图6 - 1c所示。图6 - 1　射流火焰方式a)自由射流　b)同

2、轴射流　c)逆向射流6.1　可燃气体扩散燃烧的特点6.2　无反应层流自由射流6.2.1　层流射流模型6.2.2　层流射流求解6.2.3　射流参数6.2.4　燃料浓度场6.2.1　层流射流模型图6 - 2　气体喷入静止空气中的层流射流(6-1)(6-2)(6-3)6.2.1　层流射流模型6.2.1　层流射流模型(1)整个流场中的密度ρ为常数。(2)组分的分子输运符合费克定律的二元扩散。(3)运动粘度ν和组分扩散系数D都是常数，且相等，从而保证速度场和质量分数场的相似。(4)只考虑径向的扩散，忽略轴向的扩散。6.2.1　层流射流模型6.2.1　层流射流模

3、型6.2.1　层流射流模型6.2.2　层流射流求解图6 - 3　层流射流a)原始轴向速度分布　b)自相似轴向速度分布　c)自相似径向速度分布6.2.2　层流射流求解6.2.2　层流射流求解(6-9)(6-10)(6-11)(6-12)(6-13)6.2.2　层流射流求解(6-14)(6-15)(6-16)(6-17)(6-18)6.2.2　层流射流求解(6-19)(6-20)(6-21)(6-22)(6-23)6.2.2　层流射流求解(6-24)(6-25)(6-26)(6-27)(6-28)6.2.2　层流射流求解(6-29)(6-30)(6-31

4、)(6-32)(6-33)6.2.3　射流参数1.中心轴线速度2.扩张率和扩张角3.卷吸量1.中心轴线速度(6-34)(6-35)(6-36a)(6-36b)2.扩张率和扩张角图6 - 4　射流半宽和射流扩张角α的定义(6-37)(6-38)(6-39)2.扩张率和扩张角3.卷吸量(6-40)(6-41)(6-42)(6-43)6.2.4　燃料浓度场(6-37)(6-38)(6-39)6.3　层流射流扩散火焰6.3.1　层流射流扩散火焰的特点6.3.2　层流射流火焰模型6.3.3　层流射流火焰的解6.3.1　层流射流扩散火焰的特点图6 - 5　射流

5、扩散火焰和参数分布6.3.1　层流射流扩散火焰的特点火焰的大体长度:(6-37)火焰长度又可表达为:(6-38)在此假定空间中只有三种组分，燃料、氧化剂、产物，三者的质量分数和为1。(6-39)6.3.2　层流射流火焰模型(1)射流燃烧存在反应火焰面。通常假定化学反应速度非常快，反应仅发生在非常薄的面上。(2)密度的变化。在射流火焰中温度升高必然导致密度的减小，常用到的理想气体状态方程反映了这一点，这就导致了控制方程求解的复杂性。(3)能量方程。射流火焰中反应的存在使得热量产生和温度升高，这就需要增加能量控制方程。(4)浮力的影响。浮力的存在使得无反

6、应射流中积分形式的轴向动量守恒方程不适用，微分轴向动量控制方程中需要增加浮力项，使得方程变得复杂。(4)浮力的影响。混合物分数gm(称为守恒标量)：（6-55）绝对焓h(守恒标量)，于是有：（6-56）6.3.3　层流射流火焰的解从理论解式(6-57)、式(6-59)可以看出层流火焰长度同样是正比于燃料的体积流量QF。若施密特数SC≡ν/D=1，则火焰长度也正比于雷诺数（6-61）6.3.3　层流射流火焰的解6.4　同轴射流扩散火焰6.4.1　同轴射流扩散火焰的特点6.4.2　扩散火焰与动力火焰6.4.1　同轴射流扩散火焰的特点(1)没有径向速度，v

7、r=0。(2)密度与组分扩散系数的乘积保持不变，ρD=ρcD0=const。6.4.1　同轴射流扩散火焰的特点图6 - 6　同轴射流扩散火焰6.4.1　同轴射流扩散火焰的特点则依据式(6-51)有：（6-62）从而气体燃料的组分守恒方程式(6-53)变为：（6-63）求解上述偏微分方程得到fF(r，x)的表达式比较复杂，含有贝塞尔函数。r=0，fF(r，x)=0时的x值即为火焰长度Lf。Lf要通过下述超越方程的求解得到:（6-64）6.4.1　同轴射流扩散火焰的特点6.4.2　扩散火焰与动力火焰图6 - 8　动力火焰逐渐转化为扩散火焰的过程表6 - 

8、2　空气中各种火焰的临界雷诺数6.4.2　扩散火焰与动力火焰图6 - 9　火焰的形状及高度随射流速度增加时的