《層流預(yù)混火焰?zhèn)鞑ァ稰PT課件

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1、第六章層流預(yù)混火焰傳播與穩(wěn)定提綱:影響層流火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊囊蛩?層流火焰?zhèn)鞑ニ俣葦?shù)據(jù))基本概念一維層流預(yù)混火焰?zhèn)鞑ツＰ突鹧婧穸然鹧娣€(wěn)定§6.1基本概念一、預(yù)混(動(dòng)力)燃燒和非預(yù)混(擴(kuò)散)燃燒化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行很快，燃燒的快慢主要取決于混合擴(kuò)散速度，而與化學(xué)反應(yīng)速度關(guān)系不大。擴(kuò)散燃燒:（非預(yù)混～）Diffusion～動(dòng)力燃燒:（預(yù)混～）Premixed～混合過程進(jìn)行很快,燃燒的快慢主要取決于化學(xué)反應(yīng)速度（或化學(xué)動(dòng)力因素），而與混合擴(kuò)散過程關(guān)系不大。燃燒的快慢既與化學(xué)動(dòng)力因素有關(guān)，也與混合過程有關(guān)。動(dòng)力－擴(kuò)散燃燒:燃燒燃料所需的時(shí)間燃料與空氣混合時(shí)間燃燒反應(yīng)時(shí)間（）phτ二、火焰?zhèn)鞑ニ?/p>

2、度（即移動(dòng)速度,只有預(yù)混氣才有此概念）已燃?xì)馕慈細(xì)饣鹧媲颁h：向新鮮混氣傳播的火焰前沿（薄薄的化學(xué)反應(yīng)發(fā)光區(qū)，厚度及參數(shù)變化梯度）。火焰?zhèn)鞑ニ俣龋夯鹧媲颁h沿法線方向朝新鮮混氣傳播的速度（有相對(duì)速度的含義，是相對(duì)于未燃混氣的速度）。方向：總是從已燃?xì)庵赶蛭慈細(xì)?。三、火焰?zhèn)鞑ヮ愋停簩恿?、紊流和爆震?矢量形式)四、火焰結(jié)構(gòu)層流預(yù)混火焰坐標(biāo)系?通常層流火焰的火焰面是一個(gè)厚度在0.01～0.1毫米左右的狹窄區(qū)域?此區(qū)域內(nèi)，可燃混合氣的溫度和成分都有急劇地變化(極大的濃度和溫度梯度)。一維層流火焰結(jié)構(gòu)大多數(shù)研究者以溫度變化曲線上的拐點(diǎn)Ti為分界點(diǎn)，把整個(gè)火焰面劃分為預(yù)熱區(qū)δph和反應(yīng)區(qū)δ

3、r層流火焰速度=由于緩燃Rayleigh線斜率比爆震Rayleigh線斜率小得多，所以緩燃速度比爆震速度小得多。Rayleigh線的斜率與相對(duì)于未燃?xì)怏w的波的傳播速度（層流火焰速度）有關(guān)。五、通過火焰的壓降對(duì)于穩(wěn)態(tài)一維燃燒波，質(zhì)量守恒方程變成：忽略粘性影響和體積力（浮力），動(dòng)量方程可寫成：應(yīng)用以上兩個(gè)方程估算通過火焰的壓力降，由理想氣體狀態(tài)方程，碳?xì)淙剂吓c空氣混合物在大氣條件下的層流火焰速度典型值在15-40cm/s范圍內(nèi)。的典型值在5-7范圍內(nèi)，的典型值等于由于反應(yīng)物與產(chǎn)物的分子量近似相同，預(yù)期穿過火焰的壓力降與溫度增加相比是很小的，因此。因此的典型值為：因此，忽略通過火焰

4、的壓力降是很合理的。層流火焰特點(diǎn)火焰鋒面很薄，通常只有0.01～0.1mm層流火焰壓力變化很小，可以認(rèn)為是等壓流動(dòng)燃燒過程層流火焰?zhèn)鞑ニ俣群艿?，通常?m/s以下絕對(duì)速度氣流速度相對(duì)速度提綱:影響層流火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊囊蛩?層流火焰?zhèn)鞑ニ俣葦?shù)據(jù))基本概念一維層流預(yù)混火焰?zhèn)鞑ツＰ突鹧婧穸然鹧娣€(wěn)定層流火焰?zhèn)鞑サ臋C(jī)理有三種理論：熱理論：認(rèn)為火焰?zhèn)鞑トQ于反應(yīng)區(qū)放熱及其向新鮮混氣的熱傳導(dǎo)擴(kuò)散理論：認(rèn)為來(lái)自反應(yīng)區(qū)的鏈載體的逆向擴(kuò)散是控制層流火焰?zhèn)鞑サ闹饕蛩鼐C合理論：認(rèn)為熱的傳導(dǎo)和活性粒子的擴(kuò)散對(duì)火焰?zhèn)鞑タ赡苡型戎匾挠绊憽?.2一維層流預(yù)混火焰?zhèn)鞑ツＰ鸵弧恿骰鹧鎮(zhèn)鞑サ臒崂碚搩?nèi)容反應(yīng)區(qū)

5、預(yù)熱區(qū)設(shè)火焰前鋒在一絕熱管內(nèi)以速度un傳播（一維）假定火焰前鋒為平面形狀，且與管軸線垂直如果新鮮混氣以層流流速v0流入管內(nèi)，則當(dāng)v0＝un時(shí)（方向相反），可以得到駐定的火焰前鋒。將火焰前鋒分為兩個(gè)區(qū)域——預(yù)熱區(qū)和反應(yīng)區(qū)。在預(yù)熱區(qū)內(nèi)忽略化學(xué)反應(yīng)的影響，在化學(xué)反應(yīng)區(qū)忽略混氣本身熱焓的增加（即認(rèn)為著火溫度與絕熱火焰溫度近似相等）——分區(qū)思想?；鹧?zhèn)鞑トQ于反應(yīng)區(qū)放熱及其向新鮮混氣的熱傳導(dǎo)。層流火焰?zhèn)鞑サ臒崂碚搩?nèi)容二、層流火焰?zhèn)鞑ニ俣萓n的確定（運(yùn)用熱理論）連續(xù)方程動(dòng)量方程能量方程（6.2）對(duì)于一維帶化學(xué)反應(yīng)的定常層流流動(dòng)其基本方程為：化學(xué)反應(yīng)生熱量傳導(dǎo)的熱流——擴(kuò)散項(xiàng)混氣本身熱焓的

6、變化——對(duì)流項(xiàng)(2-29)把火焰分成預(yù)熱區(qū)和反應(yīng)區(qū)。在預(yù)熱區(qū)中忽略化學(xué)反應(yīng)的影響，而在反應(yīng)區(qū)中忽略能量方程中溫度的一階導(dǎo)數(shù)項(xiàng)。根據(jù)假設(shè)，在預(yù)熱區(qū)中的能量方程為:根據(jù)分區(qū)近似解法，求Un：方程(6-2)中的邊界條件如下：假設(shè)，對(duì)方程（6-4）從冷邊界到xi積分得：氣體冷邊界條件:以及預(yù)熱區(qū)：在預(yù)熱區(qū)，假設(shè)RR=0，能量方程（6-2）變成：（6-4）（6-5）方程（6-5）的物理解釋是：來(lái)自已燃?xì)怏w的導(dǎo)熱通量對(duì)預(yù)熱區(qū)未燃?xì)怏w混合物進(jìn)行“預(yù)熱”，將其溫度從Tu提高到Ti。反應(yīng)區(qū)：在反應(yīng)區(qū)，能量的對(duì)流通量（源自溫差）比擴(kuò)散通量小，因而可以忽略對(duì)流項(xiàng)，能量方程（6-2）變成：方程（6-

7、6）的物理解釋如下：在反應(yīng)區(qū)流出的，經(jīng)熱傳導(dǎo)進(jìn)入預(yù)熱區(qū)的能量擴(kuò)散通量等于化學(xué)反應(yīng)釋放的熱量。將以上方程從（6-6）到積分，得可以看成是反應(yīng)區(qū)中平均反應(yīng)速率令在x=xi處，來(lái)自方程（6-5）和（6-6）的熱通量相等，于是（6-7）解方程（6-7），可求出層流火焰?zhèn)鞑ニ俣攘顭釘U(kuò)散系數(shù)，假設(shè)當(dāng)對(duì)于典型的碳?xì)淙剂系目偟幕罨軘?shù)值大于40kcal/mol，式中（6-8a））和從方程（6-8b）可見，火焰速度由下圖火焰面前后總的能量平衡關(guān)系，得將以上關(guān)系式代入（6-8a）得：（6-8b）火焰面控制體受到擴(kuò)散輸運(yùn)（通