燃烧学课件_第八章 湍流预混燃烧

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1、第八章湍流预混燃烧8.1湍流预混火焰传播8.2湍流预混火焰传播图域8.3湍流预混火焰传播速度确定8.4湍流火焰传播速度影响因素第一节湍流预混火焰传播研究湍流火焰的目的1.工程中的燃烧装置多是湍流燃烧2.确定湍流特性对火焰传播的影响雷诺数直管段中：时，层流；混气的流动为紊流时，时，火焰为紊流火焰。湍流火焰的特点：层流火焰：火焰锋面光滑，焰锋厚度很薄，火焰传播速度小。湍流火焰：火焰长度缩短，焰锋变宽，并有明显的噪声，焰锋不再是光滑的表面，而是抖动的粗糙表面，火焰传播快（层流的好几倍）。第八章湍流预混火焰第八章湍流预混火焰具有不

2、同燃烧速率的火焰表面窄缝燃烧火焰表面湍流预混火焰传播可以描述为在湍流流动中传播的薄的层流预混火焰。湍流流动使火焰发生了扭曲，扭曲的程度则取决于当地的湍流程度。湍流火焰传播速度——是指湍流火焰前沿法向相对于新鲜可燃气运动的速度，可用流经火焰的可燃预混气的体积流量除以湍流火焰的表观面积来表示湍流火焰表面积的确定是关键。在圆筒状燃烧器上测得的雷诺数对湍流火焰传播速度的影响湍流火焰比层流火焰传播快的原因：（1）湍流流动使火焰变形，火焰表面积增加，因而增大了反应区；（2）湍流加速了热量和活性中间产物的传输，使反应速率增加，即燃烧速率

3、增加；（3）湍流加快了新鲜混气和燃气之间的混合，缩短了混合时间，提高了燃烧速度。湍流火焰理论上正是基于以上概念发展起来的。湍流火焰传播理论主要有两种:（1）表面皱折理论（邓克尔和谢尔金）（2）容积燃烧理论（萨默菲尔德和谢京科夫）湍流火焰的特点湍流特性参数——均匀，各向同性的湍流流场，可以用两个特征量表示湍流特征：湍流尺度和湍流强度。湍流尺度在湍流中不规则运动的流体微团的平均尺寸，属于宏观量级。若（层流焰面厚度）为小尺度湍流，反之为大尺度湍流。湍流强度描述紊流的运动速度为：流体微团的平均脉动速度与主流速度之比。若u`>uL（

4、层流火焰传播速度）为强湍流，反之为弱湍流。第二节湍流预混火焰传播图域湍流预混火焰传播的性质既依赖于预混层流火焰的特性（如SL和δl），也依赖于湍流的特性，例如l和u`三种湍流火焰模型：第三节湍流预混火焰传播速度确定a.小尺度湍流火焰：条件：现象：能够保持规则的火焰锋面，火焰前沿仍是平滑的，只是增加了厚度，火焰锋面不发生皱折，湍流火焰面厚度层流火焰面厚度特点：小尺度湍流火焰只是由于湍流增强了物质的输运特性，从而使热量和活性粒子的传输加快，使湍流火焰传播速度比层流火焰传播速度快，而在其他方面没有什么影响。小尺度湍流火焰传播速度

5、确定湍流火焰传播速度和层流火焰传播速度之比等于两者传输率之比的平方根根据相似性原理，分子导温系数，因此湍流导温系数。在湍流中湍流导温系数取决于湍流尺度和脉动是速度的乘积，即是湍流热传导系数；是层流热传导系数λL湍流火焰传播速度对于管流，湍流尺度与管径成正比，脉动速度和气流速度成正比：而分子导温系数与分子运动粘性成正比，所以小尺度湍流情况下，湍流火焰传播速度不仅与可燃混气的物理化学性质有关（即与uL成正比），还与流动特性有关（即与有关）。b.大尺度弱湍流火焰：现象：1火焰锋面扭曲皱折2火焰锋面未被吹破，仍然是连续的大尺度弱湍

6、流火焰传播速度确定——小火焰模型（表面理论）设薄层焰锋的传播速度仍是uL，那么单位时间内焰锋锋面烧掉的混气量为AcuL，它应与紊流火焰速度uT和紊流焰锋的平均表面积Ap的乘积相等，即或因为，所以uT>uL。若把湍流气团设想成凹凸不平的很多小的焰锋，则uT/uL等于这些小的锥体表面积和底面积之比。——小火焰模型，亦称湍流火焰传播的表面理论。式中是椎体高度；是紊流尺度的一半，因为紊流微团在锥形表面上的燃烧速度是，则微团存在的时间，紊流动脉速度是，锥体高度代入上式得到：增大紊流动脉速度，可以提高紊流传播速度。c.对大尺度强紊流度

7、火焰根据上式可以写出：此时紊流火焰传播速度与化学动力学因素无关，只取决于动脉速度的大小。大尺度强湍流火焰：条件：现象：不存在连续的火焰面大尺度强湍流火焰传播速度确定：湍流强度很大时：湍流火焰传播速度与化学动力学因素无关，只取决于脉动速度的大小。湍流火焰传播速度大尺度强湍流火焰（湍流火焰传播的容积理论）：大尺度强湍流火焰模型可以设想成大团大团未燃烧的可燃混合物冲破火焰锋面，而输入高温的燃烧产物中，大团大团的高温燃烧产物也冲破火焰锋面而输入未燃烧的可燃混合物中。这些大团的尺寸都超过层流火焰的厚度，它们在输运之后都保持自己的独立

8、性，一下子不能和周围气团混合。湍动使火焰迁移到哪里，就燃烧到哪里。所以这时的火焰传播速度可以认为近似等于脉动速度。湍流火焰传播速度经验公式：脉动速度，层流火焰传播速度及混气浓度是影响湍流火焰传播速度的主要因素。火焰传播速度规律湍流火焰传播速度影响因素（1）雷诺数（2）压力（3）温度（4）脉动速度（5）混