高等燃烧学04预混气体中的爆震波和缓燃波

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1、高等燃烧学王辉2016-111第四章预混气体燃烧中的爆震波和缓燃波21、本章学习提示爆震波和缓燃波的概念及其产生机理定性分析雨果尼奥曲线的导出及曲线的性质C-J爆震波的速度爆震波的结构可燃气中缓燃波转变为爆震波的机理爆震极限3需要同学们学习的内容什么是爆震波和缓燃波?如何利用雨果尼奥曲线分析爆震波和缓燃波?了解C-J爆震速度的计算认识爆震波的结构认识可燃气中缓燃波转变为爆震波的机理什么是爆震极限？4什么是爆震波和缓燃波?52、燃烧火焰的基本类型回顾燃烧过程中的化学反应区通常被称为“火焰区域flamezone”、“火焰锋面flamefront”、

2、“反应波reactionwave”等火焰一般分为两种类型预混火焰：反应前，反应物已经充分混合扩散火焰：反应中，反应物相互扩散依据燃烧波的存在及其在反应混合物中的传播速度，预混气体的反应一般可分为三类爆炸：放热速率极快，在可燃介质中并不是以燃烧波形式推进缓燃：DflDeflagratiion,燃烧波以亚音速传播（火焰正常传播、正常燃烧）爆震：Detonation,燃烧波以超音速传播6缓燃波和爆震波的区别缓燃：火焰正常传播是依靠导热使未燃混气温度升高（或由于扩散使活化的中间产物输运到未燃混气中）而引起反应，从而使燃烧波不断向未燃混气中推进。这种传播形式的传

3、播速度，一般不大于1~3m/s。传播是稳定的，在一定的物化条件下（例如浓度、温度、压力、混合比），其传播速度是一不变的常数。7爆震：而爆震燃烧波的传播不是通过传热传质发生的，它是依靠激波的压缩作用使未燃混气的温度升高而引起化学反应，从而使燃烧波不断向未燃混气中推进。这种形式的传播速度很高，常大于1000m/s，这与正常火焰传播速度形成了明显的对照。其传播过程也是稳定的。83、爆震波和缓燃波的定性区别以一维管流为例：无限长管道中的情况：p1uup21212T1T2h1波前波后h2燃烧波以u向左运动，可以看作未燃气以u向燃烧波运动，而11波前是静止的（把坐标系固

4、定在燃烧波上）。在上图中：下标1表示未燃气参数（波前）下标2表示已燃气参数（波后）。速度u、u是相对于固定在静止波上的坐标系定义的。129波前和波后的参数值反映了波内的物理过程。爆震波和缓燃波参数的比较（c=音速）1参数爆震波缓燃波u/c5~100.0001~0.0311u2/u10.4~0.7(减速)4~16（加速）p2/p113~55（压缩）~0.98（略膨胀）T2/T18~21（加热）4~6（加热）ρ2/ρ11.7~2.6（压缩）0.06~0.25（膨胀）10由表可见：（1）对于爆震波，从未燃气体到已燃气体，压力、密度都是增加的，速度是减小的，爆震波使已燃气体跟着

5、燃烧波运动。是压缩波。（2）对于缓燃波，未燃气体到已燃气体，其压力、密度都是减少的，速度是增加的，缓燃波使已燃气体背向燃烧波运动。是膨胀波。114、实现爆震或者缓燃波的条件在一端或两端都开口的管中充满预混气：在开口点燃一个燃烧波产生并向另一端传播，燃烧波可以达到一个稳定的速度，不会加速形成爆震波。在封闭端点燃反应后的炽热气体像一个活塞，把反应前沿推向未燃气，这类波可以加速变成爆震波。12如何利用雨果尼奥曲线分析爆震波和缓燃波?135、雨果尼奥曲线考察一种最简单的情况，即一维定常运动的平面波假设混气的流动（或燃烧波的传播速度）是一维的稳定流动忽略体积力，

6、没有外部加热或向外散热，且杜福效应和成分相互扩散的影响可忽略混气为完全气体；其燃烧前后的定压比热C为常数；p其分子量也保持不变；反应区相对于管子的特征尺寸（如管径）是很小的。与管壁无摩擦，无热交换14du连续性方程0dxdudpd4'du动量方程udxdxdx3dx2duddTd4'du能量方程uhudx23dxdxdxdx0焓的定义hhCTp15对连续性方程沿x方向积分"umconst利用连续性方程，动量方程变为dd24uup

7、0dx3dx24duupconst3dx同理，能量方程可变为0214dTduuCThuuconstP23dxdx16因为在未燃区和已燃区内du/dx、dT/dx都等于零（在火焰锋面上才能变化），于是由积分后的方程可得两区的关系方程："uum112222pupu1112221122CTCTuqCTCTupp1122221122或：huhu11222217另外还有理想气体的状态方程：pRT22200qhh12n00hYifh,ii118现有