层流预混火焰传播

《层流预混火焰传播》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第六章层流预混火焰传播与稳定提纲:影响层流火焰传播速度的因素(层流火焰传播速度数据)基本概念一维层流预混火焰传播模型火焰厚度火焰稳定§6.1基本概念一、预混(动力)燃烧和非预混(扩散)燃烧化学反应进行很快，燃烧的快慢主要取决于混合扩散速度，而与化学反应速度关系不大。扩散燃烧:（非预混～）Diffusion～动力燃烧:（预混～）Premixed～混合过程进行很快,燃烧的快慢主要取决于化学反应速度（或化学动力因素），而与混合扩散过程关系不大。燃烧的快慢既与化学动力因素有关，也与混合过程有关。动力－扩散燃烧:燃烧燃料所需的时间燃料与空气混合时间燃烧反应时间（

2、）phτ二、火焰传播速度（即移动速度,只有预混气才有此概念）已燃气未燃气火焰前锋：向新鲜混气传播的火焰前沿（薄薄的化学反应发光区，厚度及参数变化梯度）。火焰传播速度：火焰前锋沿法线方向朝新鲜混气传播的速度（有相对速度的含义，是相对于未燃混气的速度）。方向：总是从已燃气指向未燃气。三、火焰传播类型：层流、紊流和爆震。(矢量形式)四、火焰结构层流预混火焰坐标系•通常层流火焰的火焰面是一个厚度在0.01～0.1毫米左右的狭窄区域•此区域内，可燃混合气的温度和成分都有急剧地变化(极大的浓度和温度梯度)。一维层流火焰结构大多数研究者以温度变化曲线上的拐点Ti为分界

3、点，把整个火焰面划分为预热区δph和反应区δr层流火焰速度=由于缓燃Rayleigh线斜率比爆震Rayleigh线斜率小得多，所以缓燃速度比爆震速度小得多。Rayleigh线的斜率与相对于未燃气体的波的传播速度（层流火焰速度）有关。五、通过火焰的压降对于稳态一维燃烧波，质量守恒方程变成：忽略粘性影响和体积力（浮力），动量方程可写成：应用以上两个方程估算通过火焰的压力降，由理想气体状态方程，碳氢燃料与空气混合物在大气条件下的层流火焰速度典型值在15-40cm/s范围内。的典型值在5-7范围内，的典型值等于由于反应物与产物的分子量近似相同，预期穿过火焰的压力

4、降与温度增加相比是很小的，因此。因此的典型值为：因此，忽略通过火焰的压力降是很合理的。层流火焰特点火焰锋面很薄，通常只有0.01～0.1mm层流火焰压力变化很小，可以认为是等压流动燃烧过程层流火焰传播速度很低，通常在1m/s以下绝对速度气流速度相对速度提纲:影响层流火焰传播速度的因素(层流火焰传播速度数据)基本概念一维层流预混火焰传播模型火焰厚度火焰稳定层流火焰传播的机理有三种理论：热理论：认为火焰传播取决于反应区放热及其向新鲜混气的热传导扩散理论：认为来自反应区的链载体的逆向扩散是控制层流火焰传播的主要因素综合理论：认为热的传导和活性粒子的扩散对火焰传

5、播可能有同等重要的影响§6.2一维层流预混火焰传播模型一、层流火焰传播的热理论内容反应区预热区设火焰前锋在一绝热管内以速度un传播（一维）假定火焰前锋为平面形状，且与管轴线垂直如果新鲜混气以层流流速v0流入管内，则当v0＝un时（方向相反），可以得到驻定的火焰前锋。将火焰前锋分为两个区域——预热区和反应区。在预热区内忽略化学反应的影响，在化学反应区忽略混气本身热焓的增加（即认为着火温度与绝热火焰温度近似相等）——分区思想。火焰传播取决于反应区放热及其向新鲜混气的热传导。层流火焰传播的热理论内容二、层流火焰传播速度Un的确定（运用热理论）连续方程动量方程能

6、量方程（6.2）对于一维带化学反应的定常层流流动其基本方程为：化学反应生热量传导的热流——扩散项混气本身热焓的变化——对流项(2-29)把火焰分成预热区和反应区。在预热区中忽略化学反应的影响，而在反应区中忽略能量方程中温度的一阶导数项。根据假设，在预热区中的能量方程为:根据分区近似解法，求Un：方程(6-2)中的边界条件如下：假设，对方程（6-4）从冷边界到xi积分得：气体冷边界条件:以及预热区：在预热区，假设RR=0，能量方程（6-2）变成：（6-4）（6-5）方程（6-5）的物理解释是：来自已燃气体的导热通量对预热区未燃气体混合物进行“预热”，将其温

7、度从Tu提高到Ti。反应区：在反应区，能量的对流通量（源自温差）比扩散通量小，因而可以忽略对流项，能量方程（6-2）变成：方程（6-6）的物理解释如下：在反应区流出的，经热传导进入预热区的能量扩散通量等于化学反应释放的热量。将以上方程从（6-6）到积分，得可以看成是反应区中平均反应速率令在x=xi处，来自方程（6-5）和（6-6）的热通量相等，于是（6-7）解方程（6-7），可求出层流火焰传播速度令热扩散系数，假设当对于典型的碳氢燃料的总的活化能数值大于40kcal/mol，式中（6-8a））和从方程（6-8b）可见，火焰速度由下图火焰面前后总的能量平衡

8、关系，得将以上关系式代入（6-8a）得：（6-8b）火焰面控制体受到扩散输运（通