部分预混可燃气的火焰

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1、第六章预混可燃气的火焰传播7/17/20211河北工业大学能源与环境学院第一节火焰传播的概念火焰传播：当预混合燃物被点燃后，在着火处形成一层薄的火焰面，这层高温火焰面以热传导的形式加热相邻的可燃物，使其温度升高，形成新的火焰面；这样火焰不断向未燃气体方向移动，使之一层一层着火、燃烧，把整个燃烧过程推进到整个空间，这种现象称为火焰传播。该火焰面称为火焰前锋、火焰前沿或者燃烧波、反应波。火焰分类：根据火焰前沿是否移动，分为移动火焰与驻定火焰两种。根据预混气流的流速，分为层流火焰、湍流火焰两种。注意：工程中常见的是湍流火焰

2、，因此研究湍流火焰具有现实意义；但是层流火焰的研究工作是基础。7/17/20212河北工业大学能源与环境学院可燃物产物U产物可燃物U管子一端封闭，内有可燃混合物。开口端点火，火焰锋面将加热未燃物，使之着火，锋面以速度U向左移动；产物排出，直到最后全部燃尽。这种靠传热传质作用使火焰锋面传播的过程，称为正常燃烧。若管子相当长，闭口端点火，火焰锋面将加热未燃物并着火，但是产物却无法释放，造成管内压力骤增，火焰传播速度将急剧增大，在5～10d形成高速波，即爆震波，每秒几公里。可燃物w产物U管子两端开口，可燃物以与U反向速度w

3、流入当U大于w时，火焰前锋向可燃物上游移动当U小于w时，火焰前锋向可燃物下游移动当两者相等时，形成驻定火焰，实际燃烧装置的火焰都是驻定火焰7/17/20213河北工业大学能源与环境学院真实的火焰锋面在真实环境下，火焰锋面并非上述的那样个平面，而是呈现不对称抛物状。原因：1、气流粘性的存在使之与管壁之间存在摩擦，因此靠近壁面的燃烧速度小于轴心的燃烧速度，从而使之呈现抛物状。2、由于浮力的作用，火焰上半部分的温度高于下半部分，因此上部的传播速度较快，从而使抛物面呈现不对称状。猝熄效应：由于管壁的散热，火焰在壁面附近受到冷

4、却，温度降低而熄灭，即在管壁附近不存在火焰。从管壁开始，无火焰存在的那段径向距离称为猝熄距离。火焰锋面的厚度一般在0.01~1mm之间，相对与系统的特性尺寸来说很小，因此理论分析时将之看作平面。7/17/20214河北工业大学能源与环境学院MicrogravityCombustionScience7/17/20215河北工业大学能源与环境学院可燃预混火焰的传播火焰在大空间的蔓延实验与数值模拟结果7/17/20216河北工业大学能源与环境学院第二节正常火焰传播速度正常火焰传播速度：即层流火焰的传播速度，定义为层流火焰前

5、锋法线方向上的位移速度和预混可燃物流动速度的相对速度。Up可燃物w产物如图，设火焰前锋某点法向速度为Up，该点可燃物流速为w，则火焰传播速度为：U=Up+w1、静止气流中，w=0，U=Up，即火焰传播速度等于锋面法向速度；2、当火焰锋面静止时，Up=0，火焰传播速度等于气流速度；3、对于理想化一维平面火焰，火焰锋面速度处处相等。7/17/20217河北工业大学能源与环境学院一维火焰前锋锋面结构锋面内存在强烈的热量与质量交换，可燃物经历加热、着火、燃烧、燃尽等过程；锋面内各参数都发生变化。1、温度由T0逐渐升高到TC，

6、反应速度较慢，预热区。着火后，温度、反应速度骤增，反应区。随着可燃物浓度降低，反应速度减小，直到燃尽，燃尽区。有时将后两个合并为反应区。2、反应物浓度逐渐减小、生成物浓度逐渐增加。3、火焰前锋很薄，但是理论分析时不能忽略。锋面内温度、浓度梯度很大，存在自然对流、强制对流、导热等热量交换形式以及流动、扩散等质量交换形式。存在强烈光辐射，可以根据发光区判断反应区位置。7/17/20218河北工业大学能源与环境学院一维层流平面火焰锋面内能量方程的建立可燃物对于火焰锋面内厚度为Δx的微元，温度T沿可燃物流动方向逐渐提高，热流

7、则从右侧高温区导入、左侧导出（导热项）；同时可燃物以ρU的质量流量自左边带入热流（对流项）；锋面还有反应放热，微元体本身温度升高吸收热量等。稳定火焰传播时，微元体内没有热量积累，可以建立能量平衡关系：热流通过求解能量方程可以得到温度场的分布，但若要求解火焰传播速度却比较困难，因为存在复杂的指数函数。7/17/20219河北工业大学能源与环境学院泽尔多维奇：苏联理论物理学与天体物理学家。对于黑洞理论提出了独到见解。著有“爆震物理”。7/17/202110河北工业大学能源与环境学院两区近似法求解火焰传播速度1、在预热区，

8、忽略化学反应，方程化为：从T0到Ti积分一次,得到着火点温度梯度2、在反应区，忽略对流项，方程化为：从T0到Ti积分一次,得到着火点温度梯度7/17/202111河北工业大学能源与环境学院在T=Ti处，温度分布应该是连续的，所以上述两式相等。因此可以得到层流火焰的传播速度可以写为：右图是释热速度与温度的关系，可见：因此可以认为：7/17/202