4火焰传播与稳定

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1、第3章火焰传播与稳定的理论程乐鸣87953208lemingc@zju.edu.cn2014年10月13日-10月15日主要内容1.火焰传播的基本方式–正常火焰传播与爆燃–火焰传播三种类型，火焰传播两种形式2.可燃气体的火焰正常传播–火焰前沿移动速度u(相对火焰)，火焰前沿传播速度Hu(相对静止容器)，可燃气体流动速度w，本生灯测Pn量可燃气体混合物速度方法和不足之处3.火焰正常传播理论–5种，特点比较4.火焰正常传播速度–8因素对火焰传播速度的影响，火焰传播界限，5种火焰传播速度的测量方法5.可燃气体层流动力燃烧和扩散燃烧–了解概念6.火焰稳定的基本原理和方

2、法–火焰稳定基于的原理和基本方法火焰的定义•可以把火焰看作是发生在反应区内快速的但是自持的化学反应.只在某一方面描述火焰。•把缓燃波定义为靠燃烧维持的亚声速波是唯一严谨的定义。•火焰一般可分为：扩散火焰—边混合，边燃烧；预混火焰—预先混合好第一节：（层流）火焰传播速度•燃烧试验：快速•火焰传播–速度–强度–延续性–控制性–传播形状第一节：（层流）火焰传播速度•火焰传播的三种类型–正常火焰传播(<30m/s)–爆燃波（震荡，不稳定）–爆燃(>1000m/s爆炸波)稳定的火焰传播形式•第一种是正常火焰传播(小于30m/s)由于火焰传播速度不大，火焰传播完全依靠气体

3、分子热运动的导热方式将热量从高温的燃烧区（即火焰前沿）传给与火焰临近的低温未燃气体燃料，使未燃气体燃料着火燃烧。燃烧的火焰一层层地传播。•爆炸波的传播（不稳定）：入口稳定，超过火焰震荡，熄火•第二种：爆燃其火焰的传播速度超过了声速，一般可达1000～4000m/s，爆燃主要是由于气体燃料受冲击波的绝热压缩而引起的。稳定的火焰传播形式：两种，1,2可燃气体的火焰正常传播•由于火焰是一层很狭窄的燃烧区域，燃料的化学反应只在该区域内进行，在这种情况下，可近似地把它当作一个数学表面，这一表面把未燃的新鲜燃料和燃烧产物分开，而所有的火焰传播现象即为此表面的传播。火焰传播

4、数学描述•(1)预混可燃气体是一维稳定流动，忽略粘性力和体积力，管壁为绝热；•(2)预混可燃气体和燃烧产物为理想气体，定压比热为常数，摩尔质量保持不变；•(3)燃烧波（化学反应波）是驻定的,预混可燃气体不断流向燃烧波，无穷远处预混气流速度就是燃烧波传播速度。火焰传播速度火焰前沿移动速度uH(相对火焰)upuwHn火焰前沿传播速度uP(相对静止容器)ndn•uim可燃气体流动速度wnH0d如果火焰前沿移动方向和可燃混气的移动速度方向一致，取正号，反之，取负号。（想象其过程）火焰传播速度：火焰相对于无穷远处的未燃混合气在其法线方向上的速度举

5、例：本生灯火焰传播速度•根据本生灯的锥形火焰来测量火焰传播速度•简单、可靠•可燃预混气体在本生灯的管子中保持运动ddscosuwcosHVuHFF火焰前沿总面积本生灯的火焰前沿利用本生灯测量火焰传播速度22Frhr00VuH22rhr00本生灯的火焰内锥表面本生灯测量火焰传播速度的缺陷（1）火焰前沿速度常数假设与实际不符；（2）火焰数学表面，实际存在薄加热层；（3）混合物含氧量，外界介质影响中心管壁火焰前沿非直角锥体气流出口速度与管直径有关，不应小于7-8cm混合程度未燃尽如何考虑？影响速度可燃气体和空气混合物在标准状态下的火焰前沿移动

6、的正常速度值可燃气体正常速度,m/sH21.6CO0.30CH40.28C2H21.0C2H40.5与碳、氢、氧比例，化合价有关系么？规律？第二节：火焰正常传播的理论•（1）研究火焰正常传播的理论的目的，就是为了找到(层流)火焰前沿移动速度u。H•（2）与其影响参数如温度等的关系层流火焰传播速度的确定火焰正常传播理论•用于简化近似分析的热理论–火焰前沿移动速度受其他因素影响的定性结论•捷尔道维奇分区近似解法•火焰传播精确解法•Tanford等的扩散理论•层流火焰数值求解火焰正常传播理论方法预热区燃烧/反应区影响规律简化近似析热理0u0cpa书78页4点TT

7、(TT)euHu0论0B0t捷尔道维奇分区近似解法火焰传播精确解法Tanford等的扩散理论层流火焰数值求解层流火焰传播的基本方程•对象:一维有化学反应定常层流流动•方程:uuS连续方程l动量方程pConstddTdT能量方程()cuQw0Pdxdxdx扩散方程ddfsdfs(D)uw0dxdxdxddTdT层流火焰传播方程()cSQw0Pldxdxdx用于简化近似分析的热理论•原理：认为火焰中反应区在空间的运动，取决于反应区放热及其向新鲜混气的热传导。假设：•温度为T，密度的未燃可燃气体混合物以速

8、度u进入燃000烧室，并且其初速度u使