1、第二章 一維燃燒波,在傳播到預(yù)混可燃氣體混合物中去的運動波的后面的化學反應(yīng)現(xiàn)象是燃燒學中的一個經(jīng)典課題。這種波驅(qū)動的化學反應(yīng)稱為燃燒波。在一裝有預(yù)混可燃氣體混合物的長管內(nèi)，假如在管子的左端點火，一個平面燃燒波向右傳播到未燃燒的反應(yīng)物中去，并將燃燒產(chǎn)物留在他的后面。實驗觀察到兩種不同類型的燃燒波：緩燃波，它相對于反應(yīng)物以亞音速傳播；爆震波，又稱為爆轟波，它相對于混合物以超音速傳播。在給定情況下，究竟發(fā)生爆震波還是緩燃波，與反應(yīng)物的成分等因素以及管道點火端是開口的還是閉口的有關(guān)。,2.1 一維燃燒波分析 一、守恒定律,在以上公式中有5個未知數(shù)：Uu、Ub、已燃氣體的熱力學狀態(tài)參數(shù)b、hb (Tb)

2、、pb和4個獨立關(guān)系式。只要知道最終的壓力和溫度就可以從熱化學平衡關(guān)系式?jīng)Q定燃燒產(chǎn)物的成分和性質(zhì)。為了做到這一點，還需要補充一個條件。下面將建立這個條件。首先，將基本的守恒關(guān)系變成兩個包括初始和最終狀態(tài)壓力和密度的關(guān)系式。然后，將此關(guān)系式繪成壓力與比容（密度的倒數(shù)）的曲線，從而確定可能的解。最后，引入補充的解析的和經(jīng)驗的數(shù)據(jù)來構(gòu)成最終的約束條件。,二、Rayleigh線,將質(zhì)量守恒方程（2-1）與動量守恒方程（2-2）聯(lián)立，得,將這個方程應(yīng)用于燃燒波的前后，得,此公式是Rayleigh線的一種形式，注意到Rayleigh線不包含狀態(tài)方程。更重要的是，這個方程確定了初始狀態(tài)和最終狀態(tài)的壓力和比容

3、的線性關(guān)系，其斜率為-(m/A)2。由于公式（2-5）中壓力與比容之比必須是正實數(shù)的質(zhì)量通量，Rayleigh關(guān)系式指出燃燒波不能同時使壓力和比容升高或降低。因此在壓力與比容關(guān)系圖上，Rayleigh線只能存在于以初始狀態(tài)特征值為中心的四個象限中的兩個，如圖2.2所示。左上象限包含了壓縮波，由于最終的壓力是升高的，比容是下降的，這類燃燒波稱為爆震波，而右下象限包括了膨脹波，稱為緩燃波。,將上式除以燃燒波速度，可以得到在物理上更可達的形式：,由于爆震波是壓縮波，b u，燃燒產(chǎn)物向著波傳播的方向運動，而在緩燃波中已燃氣 體是膨脹的，燃燒產(chǎn)物向著與燃燒波相反的方向運動。根據(jù)音速和比熱比的定義，Ray

4、leigh 線也可以寫成無因次形式： 未燃氣體的音速由下式表示,將以上公式帶入方程（2-5），由馬赫數(shù)定義Mu=uu/au，得到 對爆震波，最終的壓力比初始壓力大得多，而最終的密度比初始密度大一些。若取稍大點的值1.4，方程（2-6）標示爆震波以超音速傳播。對于緩燃波，由于最終的壓力稍低于初始壓力，最終的密度大大低于初始密度，方程（2-6）表明緩燃波是亞音速燃燒波。,這些關(guān)系式也可適用于無燃燒混合物中的壓縮波和膨脹波，這時q=0。 以上守恒方程已變?yōu)閮蓚€關(guān)系式，即Rayleigh線和Hugoniot關(guān)系式。 Rayleigh線是質(zhì)量守恒和動量守恒的結(jié)合，與釋熱無關(guān)，可以用于任何氣體，而Hugoniot曲線是基于能量守恒方程的，他在p-v平面的位置取決于q的值。對于無化學反應(yīng)的混合物，q=0， Hugoniot曲線通過初始狀態(tài)點：對于有反應(yīng)的混合物，q0， Hugoniot曲線向右上方移動。當q0時，圖2.2上出現(xiàn)兩條曲線，由于這兩條曲線表示了守恒律，與初始狀態(tài)有關(guān)的最終狀態(tài)決定于Rayleigh線和Hugoniot曲線的交點，把初始狀態(tài)（未燃燒的）與最終狀態(tài)連在一起的Rayleigh線線的斜率給出燃燒