1、第十章 燃燒傳播過程,燃燒前沿面的概念及其傳播機理 層流火焰?zhèn)鞑?湍流火焰?zhèn)鞑?1,第一節(jié) 燃燒前沿面的概念及其傳播機理,火焰前沿-正在進(jìn)行激烈發(fā)光反應(yīng)的氣體薄層。也稱燃燒前沿。 緩燃 火焰?zhèn)鞑C理：依靠導(dǎo)熱和分子擴散使未燃混合氣溫度升高，并進(jìn)入反應(yīng)區(qū)而引起化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致火焰?zhèn)鞑?。也稱正?；鹧?zhèn)鞑ァ?燃燒面前后氣體的壓力近似不變，可視為等壓過程；亞音速傳播 爆震 火焰?zhèn)鞑C理：傳播不是通過傳熱、傳質(zhì)發(fā)生的，它是依靠氣體膨脹引起的壓力波的作用，使燃燒前沿不斷向未燃混合氣中推進(jìn)。也稱爆轟 超音速傳播；火焰面與有壓力突越的激波面重合,第一節(jié) 燃燒前沿面的概念及其傳播機理,第一節(jié) 燃燒前沿面的概念及其

2、傳播機理,（1）如果 ，則燃燒前沿向著氣流上游方向（向左）移動； （2）如果 ，則燃燒前沿向著氣流下游方向（向左）移動； （3）如果 ，則燃燒前沿向著氣流便駐定不動。,上述平整的燃燒前沿只是對層流或靜止氣流才能得到，紊流（湍流）時燃燒前言將是紊亂的、曲折的。,2.火焰?zhèn)鞑ニ俣?3.層流傳播速度及紊流傳播速度,層流傳播速度 層流下燃燒前沿的傳播速度（沿法線方向）稱為“正常傳播速度”或“層流傳播速度”（ ）；燃燒前沿為平整形狀。,紊流傳播速度 紊流下的傳播速度稱為“紊流傳播速度”（ ），也稱為“實際傳播速度”；燃燒前沿紊亂、曲折。 層流火焰的研究仍然是燃燒理論的中心問題。,第一節(jié) 燃燒前沿面的概念

3、及其傳播機理,7,燃燒前沿面的概念及其傳播機理 層流火焰?zhèn)鞑?湍流火焰?zhèn)鞑?第十章 燃燒傳播過程,8,第二節(jié) 層流火焰?zhèn)鞑?層流傳播理論概述 燃燒前沿正常傳播速度的描述基于層流火焰?zhèn)鞑ダ碚摚壳按嬖?個理論 熱理論：熱傳導(dǎo)控制火焰?zhèn)鞑?擴散理論：鏈載體的逆向擴散控制火焰?zhèn)鞑?綜合理論：熱傳導(dǎo)和活性中心擴散共同控制 實際火焰?zhèn)鞑ミ^程更符合綜合理論 描述燃燒前沿的質(zhì)量擴散方程與熱擴散方程相似，可用溫度變化反應(yīng)濃度變化，用求解導(dǎo)熱方程分析燃燒前沿的性質(zhì)，可簡化問題。,9,層流火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊耐茖?dǎo) 速度推導(dǎo)依據(jù)是蘇聯(lián)澤爾多維奇等人提出的熱理論 基本思想： 若由區(qū)導(dǎo)出之熱量能使未燃 混合氣之溫度上升至著火

4、溫度 TB，則火焰就能保持溫度的傳 播。,x,假設(shè)條件 流動是平面一維的； 系統(tǒng)絕熱，忽視輻射傳熱； 火焰只用于加熱氣體； 化學(xué)反應(yīng)只在反應(yīng)區(qū)進(jìn)行，反應(yīng)區(qū)內(nèi)溫度均勻。,第二節(jié) 層流火焰?zhèn)鞑?10,取單元體積（單位面積上），厚度為dx。 1、化學(xué)反應(yīng)熱 2、由下游（x+dx）傳入單元體熱量 傅立葉定律：指出了導(dǎo)熱熱量與導(dǎo)熱面積和溫度梯度之間的關(guān)系，即在導(dǎo)熱現(xiàn)象中，單位時間內(nèi)通過給定面積的熱量正比于該處垂直于導(dǎo)熱方向的截面積及其溫度梯度，表示為,第二節(jié) 層流火焰?zhèn)鞑?11,3、由單元體向上游邊界傳出的熱量 4、單元體升溫消耗熱量,根據(jù)熱量平衡： 燃燒前沿導(dǎo)熱微分方程：,第二節(jié) 層流火焰?zhèn)鞑?12,

5、層流火焰?zhèn)鞑ニ俣?在反應(yīng)區(qū)內(nèi)，由于反應(yīng)很激烈，忽略溫度梯度，因此，能量方程中的反應(yīng)區(qū)升溫消耗的熱量 可忽略， ，能量方程為：,第二節(jié) 層流火焰?zhèn)鞑?正常傳播速度近似表達(dá)式：,第二節(jié) 層流火焰?zhèn)鞑?層流火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊懸蛩?實際中，一般是通過實驗方法測定燃燒前沿正常傳播速度的,14,第二節(jié) 層流火焰?zhèn)鞑?第二節(jié) 層流火焰?zhèn)鞑?16,第二節(jié) 層流火焰?zhèn)鞑?第二節(jié) 層流火焰?zhèn)鞑?第二節(jié) 層流火焰?zhèn)鞑?第十章 燃燒傳播過程,燃燒前沿面的概念及其傳播機理 層流火焰?zhèn)鞑?湍流火焰?zhèn)鞑?20,第三節(jié) 湍流火焰?zhèn)鞑?1.湍流火焰現(xiàn)象,紊流燃燒前沿面：把焰面視為一未燃?xì)馀c已燃?xì)庵g的宏觀整體分界面 紊流燃燒前

6、沿傳播速度：指紊流燃燒前沿法向相對于新鮮可燃?xì)膺\動的速度,火焰長度縮短，焰鋒變寬，并有明顯的噪聲，焰鋒不再是光滑的表面，而是抖動的粗糙表面，火焰?zhèn)鞑タ臁?湍流火焰：,火焰鋒面光滑，焰鋒厚度很薄，火焰?zhèn)鞑ニ俣刃　?層流火焰：,2.湍流火焰的特點,湍流火焰?zhèn)鞑ニ俣容^層流大幾倍，不僅與燃料的物理化學(xué)性質(zhì)有關(guān)，而且與湍流性質(zhì)有關(guān)，湍流強度增大，將使湍流火焰?zhèn)鞑ニ俣仍黾?，火焰更短?燃燒室尺寸更緊湊，加上向外散熱損失小，因此燃燒設(shè)備的經(jīng)濟性好。 湍流火焰伴隨著噪音,第三節(jié) 湍流火焰?zhèn)鞑?原因：,（1）湍流流動使火焰變形，火焰表面積增加，因而增大了反應(yīng)區(qū)； （2）湍流加速了熱量和活性中心的傳輸，使反應(yīng)速率

7、增加，即燃燒速率增加； （3）湍流加快了新鮮氧氣和燃?xì)庵g的混合，縮短了混合時間，提高了燃燒速度。,第三節(jié) 湍流火焰?zhèn)鞑?湍流特性參數(shù)：,流體微團的平均脈動速度與主流速度之比。,在湍流中不規(guī)則運動的流體微團的平均尺寸，或湍流微團在消失前所經(jīng)過的平均距離,湍流尺度 l ：,湍流強度 ：,若 l （層流焰面厚度）為小尺度湍流，反之為大尺度湍流,若 u Sl （層流火焰?zhèn)鞑ニ俣龋閺娡牧?，反之為弱湍?24,第三節(jié) 湍流火焰?zhèn)鞑?3.湍流火焰?zhèn)鞑C理,湍流火焰理論正是基于以上概念發(fā)展起來的。湍流火焰?zhèn)鞑ダ碚撝饕袃煞N：,（1）皺折表面理論（鄧克爾和謝爾金） （2）容積燃燒理論（薩默菲爾德和謝京科夫）,第三節(jié) 湍流火焰?zhèn)鞑?三種湍流火焰：,c.微團之間相互作用，或形成新的微團，或者著火燃燒。,第三節(jié) 湍流火焰?zhèn)鞑?27,第三節(jié) 湍流火焰?zhèn)鞑?4.湍流火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊膶嶒炑芯?可燃混合物濃度的影響：與層流相似，存在前沿傳播的濃度界限和最大傳播速度 Re的影響：Re越大，最大傳播速度越大。氣流速度增加，最大傳播速度顯著增加 可燃混合物的初始溫度：初始溫度越高，傳播速度越大 改善實際燃燒性能的方法： 使用層流燃燒傳播速度大的可燃預(yù)混氣 提高紊流強度 提高混合氣體