湍流预混讲义火焰模型
Fluent燃烧模型介绍
1.Generalized Finite-Rate Model（通用有限速率模型）该模型基于求解组分质量分数疏运方程，化学反应机理由用户自己定义。
反应速率在组分疏运方程中作为源项，并且由阿累尼乌斯公式计算。
该模型适合求解预混，部分预混以及非预混湍流燃烧。
2.Non-Premixed Combustion Model（非预混燃烧模型）该模型求解混合分数输运方程，单个组分的浓度由预测得到的混合分数的分布求得。
该模型是专门为求解湍流扩散火焰问题而发展，有许多方面都比有限速率模型要优越。
该模型考虑了湍流对燃烧的影响，反映机理不能由用户自己设定。
）3.Premixed Combustion Model（预混燃烧模型）该模型主要针对纯预混湍流燃烧问题，在这些问题中，反应物和生成物由火焰峰面隔开，该模型通过求解各种反应过程参数来预测火焰峰面的位置，该模型为考虑湍流对燃烧的影响，引入了一个湍流火焰速度。
4.Partially Premixed Combustion Model（部分预混燃烧模型）该模型针对预混合肥预混燃烧都存在的湍流反应流动。
通过求解混合分数方程和反应过程参数来确定火焰峰面的位置。
position PDF Transport Combustion Model（组分概率密度输运燃烧模型）该模型用来模拟湍流火焰中实现中存在的有限速率反应，任意的反应机理都可以导入FLUENT，该模型可用于求解预混，非预混及部分预混火焰，但只用此模型需要大投资。
FLUENT软件的燃烧模型介绍Fluent软件中包含多种燃烧模型、辐射模型及与燃烧相关的湍流模型，适用于各种复杂情况下的燃烧问题，包括固体火箭发动机和液体火箭发动机中的燃烧过程、燃气轮机中的燃烧室、民用锅炉、工业熔炉及加热器等。
燃烧模型是FLUENT软件优于其它CFD软件的最主要的特征之一。
下面对Fluent软件的燃烧模型作一简单介绍：一、气相燃烧模型1.有限速率模型这种模型求解反应物和生成物输运组分方程，并由用户来定义化学反应机理。
湍流预混火焰模型概要
(3-56)
流场较均匀的区域，合理地估算层流火焰传播速度是 正确运用拉切滑模型的关键之一 。 层流火焰传播速度是可燃气的物理化学性质，它取决 于混合物的热力学状态(如压力和温度)，对温度尤为 敏感。 丙烷和空气当量比混合物的火焰传播速度 S 0.113(T / 298)2 0.186(T / 298) 0.02 (m/s) (3-57) 求S的问题转化为求T。
反应度τ的脉动均方值 gτ
定义
g 2 ( ) 2 (m fu m fu ) 2 /(m fu ,b m fu ,u ) 2 m /(m fu ,b m fu ,u )
2 fu 2
(3-60)
2 gτ和 mfu 应当遵守同一类型的微分方程。
反应度τ的平均值和脉动均方值 gτ的确定
对比用k - ε模型和混合长度模型计算湍流粘度 t C k 1/ 2 C CD k 2 / 的公式 2) 假定 k 1/ 2正比于混合长度与均流速度梯度绝对 值的乘积 则ε/k正比于均流速度梯度的绝对值 3) 燃烧速率一定与燃料浓度有关 二维边界层问题湍流燃烧速率 u (3-42) R c m
5 平面管道内火焰稳定器后面的燃烧场
Spalding et al 结果优于只用 阿伦纽斯类型 的公式(3-48)得 到的结果，与 实验数据的趋 势符合
6 对旋涡破碎模型的评价
功绩在于正确地突出了流动因素对燃烧速率的 控制作用，给出了简单的计算公式，为湍流燃 烧过程的数学模拟开辟了道路。 不足：该模型未能考虑分子输运和化学动力学 因素的作用 适用范围：一股说来，EBU模型只适用于高雷 诺数的湍流预混燃烧过程。
湍流预混火焰模型(精)
的公式
t C k1/ 2 CCD k 2 /
2) 假定 k1/2正比于混合长度与均流速度梯度绝对
值的乘积
则ε/k正比于均流速度梯度的绝对值 3) 燃烧速率一定与燃料浓度有关 二维边界层问题湍流燃烧速率
R fu,T
cEBU mfu
u y
(3-42)
2 湍流燃烧速率-1
g 0.7, cg1 2.8, cg2 1.79
4 温度修正的湍流燃烧速率
上述模型中没有考虑温度对燃烧速率的影响
均流速度梯度较大，但可燃气温度不高，无剧 烈化学反应发生区域，式(3-42)不可能给出合 理的燃烧速率
以平均参数表示的Arrhenius类型的燃烧速率
Rfu,A BP2mfumox exp(E / RT )
1 基本思想
在湍流燃烧区充满了已燃气团和未燃气团，化学
反应在这两种气团的交界面上发生，认为平均化学反 应率决定于末燃气团在湍流作用下破碎成更小气团的 速率，而破碎速率与湍流脉动动能的衰变速率成正比
Rfu ~ / k
(3-41)
2 湍流燃烧速率-1
1) 对比用k - ε模型和混合长度模型计算湍流粘度
§3.2 湍流预混火焰模型
预混火焰 / 层流火焰传播速度
燃料和氧化剂在进入火焰区之前已经均匀混合 的火焰称为预混火焰
层流火焰传播速度SL是可燃气的物理化学性质， 与流动参数无关
低雷诺数湍流
低雷诺数湍流中，火焰出现皱折和抖动，在高 速摄影中仍可发现火焰面基本连续
湍流火焰传播速度ST ST > SL ST与流动状态有关
Rfu Bmfumox P2 exp(E / RT )
(3-38)
湍流预混火焰模型(1)
单变量概率分布函数输运方程
D Dt
P( )
xi
P( )ui
P( )S ( )
P( )
xi
2
(3-76)
S(φ)是变量φ的源或汇
为使方程封闭，必须对有关的项进行模化。
模化方法
概率分布函数和脉动速度的二阶关联项
按照“梯度准则”进行模拟，在物理上表示概率分 布函数的湍流输运
或把式(3-81)写成
Rfu B 2mfumox exp(E / RT )[1 F]
(3-82)
F 概括了湍流脉动对平均化学反应率的影响，是
对燃烧速率进行模化的困难所在。
对燃料和氧化剂质量分数脉动值 的二阶关联项 mfumox 的控制方程
Borghi等人为简化模拟过程，略去温度脉动的影响，提
出了在F中的 mfumox 的控制方程
xi
ui mfumox
1
Dl grad mfu mox 2
2Dl gradmfu 3
gradmox
2t f
gradm fu 4
gradmox 5
graduimfu mox
K f [(mox Smfu )mfumox Smox mfu2 m fu mo2x (mox Smfu )6mfumox ]
评价
在简单的湍流火焰计算中获得与实验基本符合 的结果，仍需改进和完善。
建立双变量（混合分数和反应度）的联合概率 分布函数的输运方程(Pope)
§3.4 平均反应速率的 输运方程模型
湍流流动模型：模拟雷诺应力，建立了雷诺应 力的输运方程模型，在某些情况下获得了优于 应用湍流粘性系数模型得到的结果
(3-83)
流动及燃烧的模型及计算
第一章绪论1.1计算燃烧学的研究对象和目标(1)研究对象：对流体流动、传热传质和燃烧过程进行计算机模拟的基本方程（连续方程、动量方程、能量方程、组分方程）、理论模型（湍流输运、湍流燃烧、辐射换热、多组分化学反应和多项问题）、数值方法（研究体系的网格化、控制方程的离散化和求解方法）计算机程序（计算程序、绘图程序、仿真程序）(2)计算燃烧学的研究目标：构造、检验和发展基本方程及理论模型，提高他们的可靠性、准确性和实用性；改进数值方法，在保证计算精度的同时提高计算速度和经济性；改善绘图及仿真软件，通告速度和直观性；提供“使用方便性”强的计算、绘图及仿真软件，，方便使用。
1.2 计算燃烧学的意义(1)使燃烧上升到系统理论(2)是设计、科研和教学的手段(3)有助于学科发展和开拓新领域1.3计算燃烧学的发展简史燃烧的定义：燃烧室一种带有剧烈放热化学反应的流动现象，它包含着流动、传热、传质和化学对流体流动、传热传质和燃烧过程进行计算机模拟的基本方程（连续方程、动量方程、能量方程、组分方程）理论模型（湍流输运、湍流燃烧、辐射换热、多组分化学反应和多项问题）数值方法（研究体系的网格化、控制方程的离散化和求解方法）计算机程序（计算程序、绘图程序、仿真程序）在科研、工程和教学中的应用反应以及它们之间的相互作用。
实际燃烧过程几乎都是湍流过程。
计算燃烧学特点：(1)兼顾研究理论模型和数值方法(2)及研究理论模型和数值方法，有中式计算机程序的编制和更新。
(3)既重视通用模型、通用方法和通用程序的研究，又重视与实际应用得密切结合。
1.4 内容梗概(1)构造基本方程和理论模型燃烧过程涉及的基本定律：物质不灭定律、牛顿第二定律、能量转换和守恒定律、组分转换和平衡定律等。
控制燃烧过程的基本方程组：连续方程、动量方程、能量方程、组分方程需要模化的分过程有：湍流输运、燃烧、辐射转换、多项流动和燃烧。
(2)数值方法数值方法主要包括：研究体系的网格化、控制方程的离散化、离散化方程的求解方法。
6-湍流预混火焰讲解
湍流火焰的特点
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：湍流强度和湍 流尺度
湍流尺度：
（1）流动特征尺度（与管径、绕流物体尺度有关） （2）积分尺度（湍流宏观尺度，大涡尺度） （3）泰勒微尺度（与平均应变率有关） （4）柯尔莫戈洛夫尺度（最小尺度，与旋涡耗散有关）
湍流火焰的特点
小尺度湍流预混火焰传播速度确定
湍流火焰传播速度和层流火焰传播速度之比等 于二者传输率之比的平方根
ut un
T n
1/ 2
T n
/ 0cp / 0cp
1/ 2
λt表示湍流热传导系数 λl表示层流热传导系数 根据相似性原理，分子导温系数α= λn/(ρ0cp), 故 湍流导温系数αt= λT/(ρ0cp)。在湍流中湍流导温 系数取决于湍流尺度和脉动速度乘积，即
a）小尺度湍流火焰（2300<Re<6000） 条件： l<δL
现象：能够保持规则的火焰锋面，火焰前 沿仍然平滑，只是增加了厚度，火焰锋面 不发生皱折，湍流火焰面厚度δT> δn
特点：小尺度湍流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 传输增加，使湍流火焰传播速度比层流火 焰传播速度快，而在其它方面没有什么影 响
第八章 预混湍流火焰
统计学上随机流动 f ( X ) 可以由 f ( X , t) 的概率密度函数来决定。
这里， P( f ) 是当变量 f → f + df 时，流动参数 f 的概率。
f ( X ) ≡ ∫ P( f ) fdf ∫ P( f )df
= ∫ P( f ) fdf
f 随机脉动的量值可以用 P( f ) 分布的方差σ 2 来表示。
k=单位质量的流体产生湍动能生成率 ~ u '2 / t ~ u '3 / l
146
其中， u ' 是与大涡有关的速度， l 是旋涡尺寸。 另一个长度尺度 λ ，称为 Taylor 微尺度，可以定义为与能量耗散速率成正比的量，它
也描述了混合层（ u ' , l ）的总的湍流特性。并且，通过量纲分析，
lmax ＝ l ＝最大旋涡尺寸＝积分尺寸
lmin ＝ l = 最小旋涡尺寸＝Kolmogorov 尺度
于是有： lmax / lmin = l /η = C Rel 3 / 4
因此，在这个例子里， ST / S L = (C Rel 3/ 4 ) D−2 为了使 D 的低值和高值与实验结果相一致，我们注意到，对 D = 2 (亦即低湍流强
[ ] [ ] η /l
=
ν3
/(vk 3
/η) 1/4
/l
=
ν3
/(u '3
预混燃烧的燃烧模型
预混燃烧的燃烧模型摘要为了达到抑制污染物排放，实现燃料的清洁燃烧的目的，人们采取了很多办法。
“节能减排”促使燃烧系统采用贫燃燃烧技术，它具有降低NOx、CO等污染物，提高燃烧效率的作用。
但这种燃烧方式的燃烧极限范围很窄，而且火焰稳定性差，容易诱发燃烧系统的不稳定性，如火焰的热声耦合振荡，这种不稳定性会造成更大的污染和浪费。
新型燃烧器的设计必须克服这些缺点，以达到“节能减排”的目的。
首先本文以FLUENT软件为平台，构建了合理的数学物理模型，对甲烷-空气预混燃烧过程进行了数值模拟，实验证明，贫燃料燃烧及贫氧燃烧都可以起到降低污染物排放的目的。
并利用数值模拟的方法针对不同燃烧模型的情况下甲烷的预混燃烧的特性进行分析，观察其NO）的分布情况，发现预混燃烧的相关规律，寻求燃烧速度场、温度场、以及污染物（X的最佳工况。
其次本文了解不同燃烧模型对流场结构、燃烧结构的影响，与实验结果比较，探讨如何改进数值模拟，提高设计精度，同时找出预混火焰稳定性规律，探讨抑制燃烧不稳定性的策略。
本文通过数值计算，得到了在不同燃烧模型下柱状燃烧室内甲烷燃烧的数值模拟结果，分析发现，燃烧模型的不同对甲烷燃烧特性的影响也不同。
通过对燃烧速度分布图，火焰温度分布云图，燃烧的污染物NO的云图进行分析研究，得出结论。
关键词预混燃烧数值模拟FLUENT 部分预混燃烧Title Pre-mixing combustion combustion modelAbstractIn order to achieve inhibit pollutants, realize fuel clean burning purpose, people taken a lot of measures. "Energy conservation and emission reduction" prompted combustion system using poor fuel combustion technology, it has to reduce pollutants such as NOx, CO, increase the combustion efficiency role. But this kind of combustion way combustion limit range is very narrow, and flame stability is poor, and likely to cause combustion system instability, such as flame of thermoacoustic oscillation, the coupling instability will cause more pollution and waste. New burner's design must overcome these shortcomings, to achieve "the purpose of energy saving and emission reduction".Firstly this paper with FLUENT software for the platform, and constructs the reasonable mathematical physics model of methane - air pre-mixing combustion process was simulated, the experiment proof, the poor fuel combustion and poor oxygen burning can reducing pollutant purpose. And using the method of numerical simulation of combustion model for different under the condition of pre-mixing combustion characteristics of methane areanalyzed, observe its velocity field and temperature field, and the distribution of pollutants (), found the relevant law pre-mixing combustion, seeking the best condition burning. Then this paper to understand different combustion model convection field structure, the influence of combustion structure, compared with the experimental results, this paper discusses how to improve the design accuracy numerical simulation, and at the same time, improve the stability pre-mixed flame out rules and explore the inhibiting combustion instability strategy.This article through numerical calculation, obtained in different combustion model columnar combustion chamber under the numerical simulation results of methane combustion, analysis, we found that the different combustion model for the influence of methane combustion characteristic of different also. Through the burning rate distribution, the flame temperature distribution of convective, the combustion pollutants analysis of NO cloud, draws the conclusion.Keywords：Pre-mixing combustion Numerical simulation FLUENT Part pre-mixing combustion绪论课题的研究背景及意义燃烧室作为燃气轮机中最重要的部件，是利用燃料的燃烧，提高进入涡轮的气流温度的装置。
3.2火焰面模型
1
2
3
混合物分数及组分、能量方程
Z Z Z u1 ( D ) t x1 x1 x1
（3-87） （3-88） （3-89）
Y Y Y u1 ( D ) W t x1 x1 x1
T T T C p u1C p ( ) h W t x1 x1 x1 1
G u G S L | G | t
对皱褶的层流火焰面和波纹板式的燃烧机制
G 0 u G S L | G | DL K | G | LS | G | t
0 L
其中 S 是不受拉伸的平面火焰的传播速度，K是火焰面的 曲率，S是流场应变率，L和层流火焰面厚度成正比，且 数量级相同，D 是一个扩散系数。
（3-101） （3-102）
Z 2 Z 2 Z Z 2 2 u ( Z 2u 2 D( ) j ) 2 Z u j t x j x j x j x j
梯度输运模型
Z u j Dt Z x j ， Z 2u j Dt Z 2 x j
（3-91） （3-92）
标量的瞬时耗散率
Pitsch等提出
2 D(
Z 2 ) x1
（3-93）
（3-94）
st f (Z )
Z 2 ln Z ， f (Z ) 2 Z st ln Z st
在湍流燃烧中，标量耗散率的平均值
Z Z st
P( )d f ( Z ) P( Z )dZ
f (G; xi , t ) ，
G( xi , t )
G2 ( xi , t )
第八章 预混湍流火焰
图 8.4 用 Rayleigh（瑞利）散射方法测得的瞬时气体密度
上述数据表明，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。这一观察表明，除了
火焰厚度 δ f 以外，还存在另一与湍流速度脉动有关的长度尺度和速度尺度。 湍流预混火焰速度可以用流经火焰的可燃预混气的体积流量 Q& 与湍流火焰的表观面积
142
长度缩短，并且在直接长时间曝光照片中，可见到火焰区域扩大了，出现了皱褶；在火花 纹影照片中，我们可以看到火焰前沿出现了不规则的皱褶。图 8.2 是一系列湍流火焰边界纹 影照片的叠加。
观察到的利用钝体或值班火焰稳定的预混火焰具有相似的结构特点。 另一种方法是在未燃混气中加入小粒子利用米氏散射来显示预混湍流火焰结构。在这 种方法中，用激光片来照射流动区域，火焰前锋位于亮和暗的分界线上，亮的地方是激光 片被粒子散射的结果，而暗的地方则是由于燃烧放热，气体膨胀，从而使粒子的密度减小， 减少了对激光的散射所致。图 8.3 是在活塞发动机中、不同的活塞运动速度下，用该法拍摄 的一些预混湍流火焰传播的图象。我们再次看到，火焰前锋出现了褶皱，并且褶皱的程度 与活塞运动的速度有关。
于 100％（在高的剪切、低的均速流中）。
145
湍流强度在描述湍流流动特性时有用，但是它没有反映湍流流动中参数的脉动尺度或 频率。湍流流动通常有一个宽广的脉动频率（或者波长，振幅）范围，包括从高频（小尺 度）的能量耗散涡流微团到低频（大尺度）的涡流微团，这些低频微团宏观输运着质量、 动量和能量。通常，用单一的尺度是无法全面描述湍流流动的所有特征的，对尺度参数的 选择取决于我们感兴趣的那种湍流现象。在湍流燃烧中，影响湍流火焰传播的因素很多， 我们可以考虑定义湍流的尺度的几种方法。
第五章 湍流燃烧模型
grad mox
gradvj mfu mox
K
f
(mox
Sm fu
)mfu mox
Smox mf2u
m fu
mo2x
(mo x
Smfu
)mfu
mo x
式中D1表层流交换系数；S表示化学当量比；
（131）
K f B exp(E / RT )
方程（131）中第三、五、六项需进行模化，才能使其封闭。 其方法如下：
与能量的湍流扩散和颗粒的经历效应 Euler坐标系中处理气相；Lagrange坐标系中描述颗粒相 有反应颗粒相的连续介质 -- 轨道模型和考虑颗粒经历效应的多
流体模型
连续介质―轨道模型的基本方法
用多流体模型求解Euler坐标系中颗粒相的连续与动量方程， 求出颗粒速度与浓度分布，同时沿着Euler坐标系中计算得到的 轨道或流线追踪因反应和传热引起的颗粒质量和温度的变化， 使用常微分方程和代数式
一般地，组分分布需要通过求解两个以平均化学反应率为源项 和耦合的二阶非线性偏微分方程
在简单化学反应系统的假设下，通过引入如下定义的质量分
数 f 简化
f m fu mox / S
（107）
式中（m fu 及 mox 分别为燃料及氧化剂的质量分数的时均值）
就可以将确定组分质量分布转变为只需求解一个有源方程和一
如果 f 0 ，则 m fu mox 0 。
时均值 f 及其脉动均方值 g f 2 的输送方程形式分别为
(f )
t
xj
(
vj
f
)
xj
( f
f )
xj
（109）
t
(g)
xj
( vjg)
湍流燃烧火焰面模式理论及应用
精彩摘录
精彩摘录
在燃烧科学领域，一本引人注目的著作是《湍流燃烧火焰面模式理论及应 用》。这本书以其独特的视角和深入的研究，为读者揭示了湍流燃烧的奥秘，展 示了这一复杂现象背后的科学原理和应用前景。以下是一些精彩摘录，展示了这 本书的核心内容和观点。
精彩摘录
“湍流燃烧是燃烧科学中最具挑战性的问题之一。”这句话开宗明义，点明 了湍流燃烧在燃烧科学中的地位。作者指出，湍流燃烧的复杂性和难以捉摸的特 性使得其成为研究的热点和难点。然而，通过科学的方法和深入的研究，我们可 以逐步揭开这个神秘面纱，将其转化为实际应用中的优势。
目录分析
本章主要介绍了部分预混湍流火焰面模型。首先对部分预混燃烧的基本概念 和特性进行了阐述，然后详细介绍了该模型的建立和应用。通过与前两章的模型 进行对比，突出了部分预混湍流火焰面模型的特点和优势。
目录分析
本章作为全书的结尾，对超声速燃烧的火焰面模式进行了深入的探讨。首先 介绍了超声速燃烧的基本概念和特性，然后详细介绍了超声速燃烧火焰面模式的 建模和应用。这一章将全书的内容提升到了一个新的高度，为读者提供了更加全 面的视角。
阅读感受
在介绍这些理论或模型时，作者不仅提供了详细的数学和物理推导，还附带 了大量的图表和验证算例。这些内容不仅使读者更好地理解这些理论或模型，而 且还能帮助读者学会如何将这些理论或模型应用到实际问题中。
阅读感受
在阅读这本书的过程中，我深深被作者的专业知识和深入研究所折服。他们 不仅对湍流燃烧的物理机制有深入的理解，而且还能从应用的角度出发，将这些 理论或模型与实际问题起来。这使我更加深入地理解了湍流燃烧的复杂性，以及 如何通过科学的方法来解决这一领域的难题。
阅读感受
书中首先回顾了湍流燃烧及其数值模拟的概述，这为读者提供了一个很好的 背景知识。随后，作者详细地介绍了湍流预混火焰面模型、湍流扩散火焰面模型、 部分预混湍流火焰面模型以及超声速湍流燃烧火焰面模型等核心理论或模型。这 些理论或模型不仅反映了当前的最新研究成果，而且为解决实际问题提供了有效 的工具。
不同湍流预混燃烧模型在本生灯火焰中的比较
不同湍流预混燃烧模型在本生灯火焰中的比较摘要: 本文将比较不同湍流预混燃烧模型（Laminar-Jet, Eddy-Dissipation, and Probability Density Function）在本生灯火焰中的效果。
我们采用数值方法进行模拟，通过对点、平均和标准偏差的分布情况，及其轴向和径向结构的比较，总结出LJ模型可大幅改善于BD模型下火焰的特性，PD模型也大幅增强火焰的稳定性，ED模型能部分改善火焰结构，以提升火焰的均匀性和鲁棒性。
关键词: 湍流预混燃烧模型、Laminar-Jet、Eddy-Dissipation、Probability Density Function、火焰特性正文: 近些年来，高效能燃烧保持在大量工程应用中的地位，可以说是一个基础技术，其中可以说，本生灯火焰正居首位。
因此，本文将介绍不同湍流预混燃烧模型（Laminar-Jet, Eddy-Dissipation, and Probability Density Function）对本生灯火焰的影响。
我们会首先介绍每个模型的特性，然后采用数值计算的方法进行模拟，结合点、平均和标准偏差的分布情况，及其轴向和径向结构，以此来比较不同模型在本生灯火焰中的效果。
最后，我们总结出LJ模型可大幅改善于BD模型下火焰的特性，PD模型也大幅增强火焰的稳定性，ED模型能部分改善火焰结构，以提升火焰的均匀性和鲁棒性。
本生灯火焰可以用于许多场景，特别是工业和航空领域的燃烧器。
比如，燃气发动机的燃烧室会需要高效燃烧，而高效燃烧又使用了本生灯火焰。
此外，本生灯火焰也可以应用在涡轮喷气发动机中。
其中，涡轮喷气发动机必须运行在非常高的压力环境下，所以本生灯火焰可以非常高效地提供能量，从而满足发动机运行所必需的条件。
此外，本生灯火焰也可以应用于原子力发电厂中作为核反应堆的水化反应器中。
这就是湍流预混燃烧模型在本生灯火焰中的一般应用情况。
该模型通过精确控制空气和燃料混合情况，从而获得更高的燃烧效率，以减少烟雾的排放量。
第三讲湍流燃烧模拟
Composition PDF Transport Combustion Model（组分概率 密度输运燃烧模型）
有限速率模型
Chemical reaction process described using global mechanism. Transport equations for species are solved. These equations predict local time-averaged mass fraction, mj , of each species. Source term (production or consumption) for species j is net reaction rate over all k reactions in mechanism:
R j R jk
k
Rjk (rate of production/consumption of species j in reaction k) is computed to be the smaller of the Arrhenius rate and the mixing
or “eddy breakup” rate. Mixing rate related to eddy lifetime, k /. Physical meaning is that reaction is limited by the rate at which turbulence can mix species (nonpremixed) and heat (premixed).
6-湍流预混火焰讲解
大尺度弱湍流传播速度确定——小 火焰模型（表面理论）
设薄层焰锋的传播速度仍然是un，那么单位时间内焰锋锋 面烧掉的混合气是Acun，它应与湍流火焰传播速度ut和湍 流焰锋的平均面积Ap的乘积相等，即：
Acun=Aput 或 ut=Acun/Ap 因为Ac>Ap,故ut>un, 若把湍流气团设想成凹凸不平的很多 小的焰锋，则ut>un, 等于这些小的椎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
燃烧学
6-湍流预混火焰
湍流预混火焰传播 湍流预混火焰传播图域 湍流预混火焰传播速度确定 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为湍流燃烧 （2）确定湍流特性对火焰传播的影响 雷诺数Re=ρvL/μ 直管段中： Re<2300时，层流； Re>3200时，湍流 此时火焰为湍流火焰
（5）混气浓度 化学恰当比或偏富时速度最大
St
m
Au
湍流预混火焰传播速度要比层流预混火焰传 播速度快
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，即燃烧速率增加； （3）湍流加快了新鲜混合气和燃气之间的混合，缩短了混 合时间，提高了燃烧速度。 湍流火焰理论基于上述概念发展起来的。 湍流火焰传播理论主要有两种： （1）表面褶皱理论（邓克尔和谢尔金） （2）容积燃烧理论（萨默菲尔德和谢京科夫）
第二节 湍流预混火焰传播图域
湍流预混火焰的性质既依赖于预混层流火焰的特性（如SL和
燃烧学 4预混合气燃烧及火焰传播
?
? Tf
wQ dT
Tb
? dT
dx
b?
?
2
?
Tf wQdT
Tb
(4-19)
dT dx
b?
?
?uC p ?
?Tb
?
T?
?
(4-16)
? dT
dx
b?
?
2 Tf wQdT
? Tb
(4-19)
? ? ? u ? ? u? ? ? Sl ? const
Sl ? u? ?
? 2? Tf WQdT Tb
? d 2T ? WQ ? 0
dx 2
d dx
? ??
dT dx
? ??
?
?
wQ
?
x?
x?
?? : T ? Tf
0 : T ? Tb
, dT dx
?
0
dT dx
d
? dT ?? dx
? ??
??
wQ
? dT
d
?1 ?? 2
(dT )2 dx
? ??
?
?
wQ
?
dT
? 1 ( dT )2 ? 1 ( dT )2
对大多数混合气来 说、最大火焰传播速度 是发生在化学计量比条 件下。
图4-8 燃料配比对Sl的影响 1-氢 2-乙炔 3-一氧化碳
4-乙烯 5-丙烷 6-甲烷
? 燃料性质的影响
——导热系数λ，定压比 热容Cp和密度ρ
Sl ?
?
C
2 p
?
2 ?
——燃料化学结构
? 烷烃随含碳量的增加， 火焰传播速度基本不变。