燃烧学课件_第八章 湍流预混燃烧
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燃烧理论基础-层流预混火焰共130页文档
文 家 。汉 族 ，东 晋 浔阳 柴桑 人 （今 江西 九江 ） 。曾 做过 几 年小 官， 后辞 官 回家 ，从 此 隐居 ，田 园生 活 是陶 渊明 诗 的主 要题 材， 相 关作 品有 《饮 酒 》 、 《 归 园 田 居 》 、 《 桃花 源 记 》 、 《 五 柳先 生 传 》 、 《 归 去来 兮 辞 》 等 。
燃烧理论基础-层流预混火焰
6
、
露
天
高
风
景
澈
。
7、翩翩新 来燕，双双入我庐 ，先巢故尚在，相 将还旧居。
8
、
吁
嗟
身
后
名
，
于
我
若
浮
烟
。
9、 陶渊 明（ 约 365年 —427年 ），字 元亮， （又 一说名 潜，字 渊明 ）号五 柳先生 ，私 谥“靖 节”， 东晋 末期南 朝宋初 期诗 人、文 学家、 辞赋 家、散
1
0
、
倚
南
窗
以
寄
傲
，
审
容
膝
之
易
安
。
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
燃烧理论基础-层流预混火焰
6
、
露
天
高
风
景
澈
。
7、翩翩新 来燕，双双入我庐 ，先巢故尚在，相 将还旧居。
8
、
吁
嗟
身
后
名
，
于
我
若
浮
烟
。
9、 陶渊 明（ 约 365年 —427年 ），字 元亮， （又 一说名 潜，字 渊明 ）号五 柳先生 ，私 谥“靖 节”， 东晋 末期南 朝宋初 期诗 人、文 学家、 辞赋 家、散
1
0
、
倚
南
窗
以
寄
傲
，
审
容
膝
之
易
安
。
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
燃烧理论基础ppt课件
微波燃烧
微波燃烧是一种新型的热工技术，利用微波电磁场与燃料 的相互作用产生热量，实现燃料的快速、高效燃烧。微波 燃烧具有低污染、高效率和节能等优点。
06
未来展望
清洁能源的发展
清洁能源
随着环境保护意识的提高，清洁能源的发展越来越受到重视。未来，化石燃料的使用将逐渐减少，取而代之的是 太阳能、风能、水能等可再生能源。
02
燃烧化学
燃烧反应方程
燃烧反应方程是表示燃烧过程中物质 变化和能量转换的数学表达式。它由 反应物和生成物的化学式及其相应的 反应系数组成，遵循质量守恒和能量 守恒定律。
燃烧反应方程可以用来表示燃料与氧 气或其他氧化剂反应生成二氧化碳、 水蒸气等产物的过程，如C + O2 → CO2 + H2O。
热工仪表
热工仪表用于监测和控制燃烧系统的运行状态，包括温度计、压力计、流量计、氧分析仪 等。这些仪表能够实时监测燃烧过程中的各种参数，如温度、压力、流量和含氧量等。
燃烧控制技术
01
空燃比控制
空燃比是燃料和空气的混合比例，合适的空燃比是保证燃烧效率和经济
性的关键。通过控制燃料和空气的流量，可以调节空燃比，使燃烧过程
燃烧温度
01
燃烧温度是指燃烧过程中火焰或 反应区的温度，它与燃料的种类 、空气的供给、燃烧方式等因素 有关。
02
燃烧温度的高低直接影响到燃烧 产物的组成和燃烧效率，过高或 过低的温度都不利于燃烧过程的 进行。
燃烧产物
燃烧产物是指燃料在燃烧过程中产生 的气体、烟尘和灰渣等物质，它们由 燃料中的可燃元素转化而来。
可持续发展的重要性
资源节约
可持续发展强调资源的合理利用和节约，通过提高能源利用效率和减少浪费，实现经济、 社会和环境的协调发展。
微波燃烧是一种新型的热工技术，利用微波电磁场与燃料 的相互作用产生热量，实现燃料的快速、高效燃烧。微波 燃烧具有低污染、高效率和节能等优点。
06
未来展望
清洁能源的发展
清洁能源
随着环境保护意识的提高，清洁能源的发展越来越受到重视。未来，化石燃料的使用将逐渐减少，取而代之的是 太阳能、风能、水能等可再生能源。
02
燃烧化学
燃烧反应方程
燃烧反应方程是表示燃烧过程中物质 变化和能量转换的数学表达式。它由 反应物和生成物的化学式及其相应的 反应系数组成，遵循质量守恒和能量 守恒定律。
燃烧反应方程可以用来表示燃料与氧 气或其他氧化剂反应生成二氧化碳、 水蒸气等产物的过程，如C + O2 → CO2 + H2O。
热工仪表
热工仪表用于监测和控制燃烧系统的运行状态，包括温度计、压力计、流量计、氧分析仪 等。这些仪表能够实时监测燃烧过程中的各种参数，如温度、压力、流量和含氧量等。
燃烧控制技术
01
空燃比控制
空燃比是燃料和空气的混合比例，合适的空燃比是保证燃烧效率和经济
性的关键。通过控制燃料和空气的流量，可以调节空燃比，使燃烧过程
燃烧温度
01
燃烧温度是指燃烧过程中火焰或 反应区的温度，它与燃料的种类 、空气的供给、燃烧方式等因素 有关。
02
燃烧温度的高低直接影响到燃烧 产物的组成和燃烧效率，过高或 过低的温度都不利于燃烧过程的 进行。
燃烧产物
燃烧产物是指燃料在燃烧过程中产生 的气体、烟尘和灰渣等物质，它们由 燃料中的可燃元素转化而来。
可持续发展的重要性
资源节约
可持续发展强调资源的合理利用和节约，通过提高能源利用效率和减少浪费，实现经济、 社会和环境的协调发展。
《燃烧学讲义》课件
未来燃烧技术的发展趋势与挑战
发展趋势
未来燃烧技术的发展趋势包括进一步提高燃烧效率、 降低污染物排放、实现可再生能源的利用和智能化控 制等。
挑战
未来燃烧技术的发展面临诸多挑战，如技术瓶颈、经 济成本、政策法规和环保要求等。需要加强科技创新 和政策引导，推动燃烧技术的可持续发展。
感谢您的观看
THANKS
03
燃料电池可应用于汽车、船舶、航空航天、电力系统和备用电
源等领域。
生物质能燃烧技术及应用
生物质燃烧技术
生物质燃烧技术是将生物质转化为热能和电能的一种方式，具有高 效、环保、可再生的特点。
生物质燃烧设备
生物质燃烧设备包括生物质锅炉、生物质焚烧炉和生物质热电机组 等。
生物质燃烧应用
生物质燃烧可用于供热、发电和工业生产等领域，是实现可再生能源 利用的重要途径之一。
02
燃烧的基本原理
燃烧化学反应机理
01
燃烧化学反应机理是研究燃烧过 程中化学反应如何进行的机制。 它涉及到反应物分子间的相互作 用以及反应过程中的能量变化。
02
燃烧化学反应机理对于理解燃烧 过程、优化燃烧效率和减少污染 物排放具有重要意义。
燃烧反应动力学
燃烧反应动力学是研究燃烧过程中化 学反应速率以及影响反应速率的各种 因素的科学。
通过燃烧反应动力学的研究，可以了 解燃烧反应的快慢程度，进而优化燃 烧条件，提高燃烧效率。
燃烧热力学
燃烧热力学主要研究燃烧过程中能量的转化和物质的变化。 它涉及到燃烧过程中能量的释放、转移和利用。
燃烧热力学对于能源利用、环境保护和可持续发展具有重要 意义。
燃烧过程中的物质传递与热力学
燃烧过程中的物质传递与热力学涉及 到燃烧过程中物质和能量的传递与转 化过程。
《消防燃烧学》PPT课件
的性质分类、按燃烧方式分类
按燃烧物的性质分类
根据燃烧物的性质，可以将燃烧分为固体燃烧、液体燃烧和气体燃烧。固体燃烧又可以分 为表面燃烧、熏烟燃烧和炽热燃烧；液体燃烧可以分为闪燃和沸溢；气体燃烧可以分为扩 散燃烧和预混燃烧。
按燃烧方式分类
根据燃烧方式的不同，可以将燃烧分为扩散燃烧、预混燃烧和动力燃烧。扩散燃烧是指可 燃物与助燃物在混合过程中进行燃烧；预混燃烧是指可燃物与助燃物预先混合，然后进行 燃烧；动力燃烧是指可燃物在高速气流中进行的燃烧。
火灾扑救的基本原则与方法
冷却灭火法
窒息灭火法
隔离灭火法
抑制灭火法
通过降低可燃物的温度 来达到灭火的目的。
通过隔绝空气或稀释可 燃物来达到灭火的目的。
通过将可燃物与火源隔 离来达到灭火的目的。
通过抑制可燃物的化学 反应来达到灭火的目的。
应急救援的组织与实施
应急救援的组织 成立应急救援指挥部，负责统一指挥和协调应急救援工作。
火灾的起因与分类
火灾的起因
可燃物、助燃物（如氧气）和点火源 （如火柴、打火机）是火灾发生的必 要条件。
火灾的分类
根据燃烧物的不同，火灾可分为A、B 、C、D、E五类，分别为固体物质火 灾、液体或可熔化固体物质火灾、气 体火灾、金属火灾和带电火灾。
火灾预防的基本原则与方法
01
02
03
消除可燃物
减少室内可燃物的存放， 避免将可燃易燃物品置于 靠近火源的位置。
燃烧是一种放热、发光 的化学反应，通常伴随 着火焰的产生。
燃烧反应需要可燃物、 助燃物（通常是氧气） 和足够的高温，三者缺 一不可。
燃烧反应通常涉及一系 列复杂的化学反应，这 些反应会产生大量的热 量和光。
按燃烧物的性质分类
根据燃烧物的性质，可以将燃烧分为固体燃烧、液体燃烧和气体燃烧。固体燃烧又可以分 为表面燃烧、熏烟燃烧和炽热燃烧；液体燃烧可以分为闪燃和沸溢；气体燃烧可以分为扩 散燃烧和预混燃烧。
按燃烧方式分类
根据燃烧方式的不同，可以将燃烧分为扩散燃烧、预混燃烧和动力燃烧。扩散燃烧是指可 燃物与助燃物在混合过程中进行燃烧；预混燃烧是指可燃物与助燃物预先混合，然后进行 燃烧；动力燃烧是指可燃物在高速气流中进行的燃烧。
火灾扑救的基本原则与方法
冷却灭火法
窒息灭火法
隔离灭火法
抑制灭火法
通过降低可燃物的温度 来达到灭火的目的。
通过隔绝空气或稀释可 燃物来达到灭火的目的。
通过将可燃物与火源隔 离来达到灭火的目的。
通过抑制可燃物的化学 反应来达到灭火的目的。
应急救援的组织与实施
应急救援的组织 成立应急救援指挥部，负责统一指挥和协调应急救援工作。
火灾的起因与分类
火灾的起因
可燃物、助燃物（如氧气）和点火源 （如火柴、打火机）是火灾发生的必 要条件。
火灾的分类
根据燃烧物的不同，火灾可分为A、B 、C、D、E五类，分别为固体物质火 灾、液体或可熔化固体物质火灾、气 体火灾、金属火灾和带电火灾。
火灾预防的基本原则与方法
01
02
03
消除可燃物
减少室内可燃物的存放， 避免将可燃易燃物品置于 靠近火源的位置。
燃烧是一种放热、发光 的化学反应，通常伴随 着火焰的产生。
燃烧反应需要可燃物、 助燃物（通常是氧气） 和足够的高温，三者缺 一不可。
燃烧反应通常涉及一系 列复杂的化学反应，这 些反应会产生大量的热 量和光。
《燃烧学》课件
焰 折火焰表面理论 ”。
传 播
容积燃烧理论：萨默菲尔德和谢京科夫建立。将
理 湍流火焰的前沿看成燃烧反应区。又称为“微扩
பைடு நூலகம்
论 散理论”。
湍流火焰现象分类
湍流火焰
小尺度湍流火焰 （ l l ）
大尺度湍流火焰 （ l l ）
大尺度弱湍流火焰 （ u Sl ）
大尺度强湍流火焰 （ u Sl ）
小尺度湍流火焰
即:
St
Sl
Ft Fl
只要求出
Ft Fl
即可求出
St
谢尔金 : 假设湍流火焰表面是由无 数锥形组成。
St Sl
4d Ft 2
Fl
h2d2 2
l2
1 h 2 d/2
d l
hutul/Sl
h /r 2 u l/S l/l2 u /S l2
故： St Sl 1ku/Sl2
火焰前沿面积的计算：用锥体面积表示有一定的误差，最近开始应用分 形几何学的方法 。
示，也称为层流燃烧速度 ( laminar burning
velocity) ，用Sl表示。
——大小取决于反应速度、热量和活性中心的传
递速度。
数学表达式
Bussen 燃烧 嘴火焰
Un Ucos Sl Ucos
U—未燃混合气局部流速
静止坐标下的预混合气火焰传播速度分析
us——混合气流速 up——火焰面的移动速度 u0——火焰面相对未燃混合气的移动速度
基本方程：
连续方程 ： 能量方程： 组分扩散方程： 状态方程：
u u S l c o n st （4-11）
uCpddT xddxddT xWQ （4-12）
uddC xi ddxDddC xi W
《燃烧学讲义》课件
能量转化
燃烧反应中的能量转化过程，包 括焓变、内能变化等，解释能量 转化的关键概念。
平衡态与非平衡态
燃烧反应中的平衡态和非平衡态 的概念以及相互转化的条件和特 点。
爆炸理论
深入研究爆炸反应的机理和特性，包括爆轰波的传播、爆炸温度和压力等关键概念的介绍。
1
爆炸理论概述
简要介绍爆炸反应的基本原理和定义，
《燃烧学讲义》PPT课件
燃烧学是研究燃烧及相关现象的学科，涉及热力学、化学动力学、流体力学 等多个领域。本课件将带你深入了解燃烧学的基础知识和应用。
燃烧学介绍
详细介绍燃烧学的概念、研究对象以及与其他学科的关系，帮助大家理解燃烧学的重要性和应用 价值。
研究领域广泛
燃烧学涵盖化学、物理、力学等多个学科领域，与许多实际问题密切相关。
预混火焰
探讨预混火焰的形成和特性， 分析混合气浓度对火焰传播速 度的影响。
燃烧极限
介绍燃烧极限概念和测定方法， 以及燃料和氧气浓度对燃烧的 影响。
火焰传递和统计理论
研究火焰的传递规律和统计性质，探讨火焰在不同条件下的行为和特点。
1 火焰传播机制
解释火焰传播的基本机制和影响因素，从微观和宏观层面进行讨论。
燃烧反应机理
了解不同物质的燃烧反应机理，对于安全控制、能源利用等方面都有重要意义。
燃烧产品分析
通过燃烧产物分析，可以得到有关燃料的详细信息，对环境保护和排放控制有重要作用。
热力学基础知识
介绍燃烧反应过程中涉及的热力学基本概念和定律，为后续的研究和理解提供必要的理论基础。
熵的概念
深入探讨熵的含义和作用，解释 燃烧过程中熵变的重要性。
爆轰波的形成
2
为后续的内容打下基础。
《层流预混火焰传播》课件
能源领域
在石油、天然气等能源领域， 层流预混火焰传播技术有广泛 应用。
空气净化
通过层流预混火焰传播技术可 以有效净化大气中的有害气体。
总结
1 高效稳定
2 广泛应用
层流预混火焰传播是一 种高效稳定的燃烧方式。
在工业生产和能源领域 有广泛应用的技术。
3 重要作用
在空气净化方面发挥着 重要作用，改善生活环 境。
《层流预混火焰传播》 PPT课件
层流预混火焰传播的基本概念和工作原理。了解层流、预混、火焰传播，以 及该技术在工业、能源和空气净化领域的应用。
简介
层流
气体在流动中保持的高度 有序的状态，避免混合不 均匀。
预混
将燃料和氧气提前混合并 准备点火，提高燃烧效率。
火焰传播
燃烧过程中火焰的扩散和 推动气体流动。
参考资料
1. 燃烧工程课程教材 2. 层流预混燃烧器制造商的官方网站
工作原理
1
混合气体进入燃烧器
通过管道将燃料和氧气送入燃烧器内。
混合并准备点火
2
燃料和点火将混合气体燃烧
点火引燃混合气体，开始燃烧过程。
燃烧产生的热量推动气体流动
4
燃烧释放的热量推动气体流动，形成 层流环境。
应用
工业生产
层流预混火焰传播可提高燃烧 效率，应用于工业燃烧设备。
6-湍流预混火焰讲解
湍流尺度l： 在湍流中不规则运动的流体微团的平均尺寸，处于宏观量级 若l<δ(层流焰面厚度)为小尺度湍流，反之为大尺度湍流 湍流强度ε： 描述湍流运动的速度为u=U+u’ U为平均速度， u’为瞬时脉动速度，u’=[(u’12+ u’22+…+ u’n2)/n]0.5 流体微团的平均脉动速度与主流速度之比为湍流强度 ε =u’/u 若u’>un（层流火焰传播速度）为强湍流，反之为弱湍流
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
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
燃烧理论基础-层流预混火焰
1 v
mox
v
1
1
mPr
（本质上是化 学反应中物质 的消耗速度，
或反应速率）
根据7.8
m dYF dx
d ( D dYF
dx dx
)
mF
燃料
2021/4/25
42
• 氧化剂 • 产物
m
dYOx dx
d ( D dYOx
dx dx
)
vmF
m dYPr dx
d ( D dYPr
dx dx
)
(v 1)mF
• 音速传播的燃烧波：缓燃波 • 超音速传播的燃烧波: 爆震波
2021/4/25
4
火焰的主要参数
传播速度 火焰锋面 厚度 温度分布 放热率
2021/4/25
5
火焰的传播速度
• 火焰速度 SL：以波峰为参考系，火焰速度等于未燃气 体速度νu。
根据总质量守恒 u SL A uvu A bvb A
• 目标：找出层流火焰速度的简化表达形式.
2021/4/25
35
假设
• 1.一维，稳流，等面积, • 2.动能、势能、粘性力做功以及热辐射均忽略 • 3.忽略火焰面两侧微小的压力差;即压力恒定 • 4. 热扩散和质量扩散由傅立叶（Fourier）定律及费克（Fick）定律决定，
且假定是二元扩散（Binary diffusion）.
偏导数的定义
(vx )
t
x
更通用的三维形式
(V ) 0
t
稳定流中，控制体内 总质量不随时间变化
0
t
(vx ) 0 7.4a
x
vx 常数 7.4b
(vx ) 0
x
【清华大学 燃烧学】燃烧理论_8层流预混火焰
燃烧室外壳
34 VP130(98)-023
Titan 130 可调机构阀和喷嘴
Vane Swirler for Practical LSBs
• Angled vanes to induce swirling motion in annulus
• Center channel allows some premixture to bypass swirl annulus
• Screen balances pressure drops between swirl and center flows
• Freely propagating premixed turbulent flame • Unattached and lifted flame • Flame stabilization does not rely on flow
recirculation • Stable under very rich to ultra lean conditions • High turn-down exceeding 50:1 • Emissions not highly sensitive to degree of
– Straight or curved vane with angles 37o < a < 45o
– Ratio of mass flow rates through center channel and swirl annulus 0.3 < m < 0.5
Unique Features of LSB Can Overcome Limitations of Premixed Combustion
2020/11/21 Saturday
燃烧学ppt课件
.
传质基础
• Fick定律（形式、各参数意义） • Stephen问题 • 单个液滴蒸发时间（D2定律）
.
燃烧动力学
• 概念：基元反应、反应级数、链式反应 • 碰撞理论（理解） • 基元反应速率、Arrhenius定律 • Kc、kf、kr与kp的关系 • 链式反应过程 • 两种近似方法：稳态近似与局部平衡假设
.
湍流预混火焰
• 湍流预混火焰比层流预混火焰传播快的原 因
• 三种湍流火焰模式（根据湍流强度、长度 尺度划分）、各模式传播速度影响因素
.
扩散火焰
• 扩散火焰 • 层流扩散火焰特征（火焰表面、火焰高度、
浮力影响、碳烟生成、火焰高度-流量关系） • 层流扩散火焰物理描述（T-f、Yi-f） • 火焰高度影响因素 • 层流扩散火焰向湍流扩散火焰的转变
.
几个重要的反应机理
• H2-O2系统 （几个爆炸极限） • CO氧化机理（区分干式、湿式机理） • 高链烷烃氧化机理（乙烷的8步氧化机理）
C-C断裂脱氢自由基产生染料分子 进一步断裂脱氢反应甲酸基、甲醛生 成氧化CO氧化机理
.
简化守恒方程
• 简单化学反应 • 守恒标量：混合物分数（概念与计算）、
混合物绝对焓（了解其前提）
.
层流预混燃烧
• 火焰、预混火焰概念 • 层流火焰传播速度、影响层流预混火焰传播速度
与火焰厚度的因素（温度、压力、当量比、燃料 类型） • 点火、可燃性与熄火
燃烧三阶段 热自燃理论及应用（着火熄火过程） 可燃极限（P、T、浓度范围） 最小点火能量 火焰稳定（两个必要条件）
燃烧学复习
.
本课程内容
• 绪论 • 燃烧热力பைடு நூலகம் • 传质基础 • 燃烧动力学 • 几个重要的反应机理 • 层流预混燃烧 • 湍流预混燃烧 • 扩散火焰 • 液滴蒸发与燃烧
传质基础
• Fick定律（形式、各参数意义） • Stephen问题 • 单个液滴蒸发时间（D2定律）
.
燃烧动力学
• 概念：基元反应、反应级数、链式反应 • 碰撞理论（理解） • 基元反应速率、Arrhenius定律 • Kc、kf、kr与kp的关系 • 链式反应过程 • 两种近似方法：稳态近似与局部平衡假设
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湍流预混火焰
• 湍流预混火焰比层流预混火焰传播快的原 因
• 三种湍流火焰模式（根据湍流强度、长度 尺度划分）、各模式传播速度影响因素
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扩散火焰
• 扩散火焰 • 层流扩散火焰特征（火焰表面、火焰高度、
浮力影响、碳烟生成、火焰高度-流量关系） • 层流扩散火焰物理描述（T-f、Yi-f） • 火焰高度影响因素 • 层流扩散火焰向湍流扩散火焰的转变
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几个重要的反应机理
• H2-O2系统 （几个爆炸极限） • CO氧化机理（区分干式、湿式机理） • 高链烷烃氧化机理（乙烷的8步氧化机理）
C-C断裂脱氢自由基产生染料分子 进一步断裂脱氢反应甲酸基、甲醛生 成氧化CO氧化机理
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简化守恒方程
• 简单化学反应 • 守恒标量：混合物分数（概念与计算）、
混合物绝对焓（了解其前提）
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层流预混燃烧
• 火焰、预混火焰概念 • 层流火焰传播速度、影响层流预混火焰传播速度
与火焰厚度的因素（温度、压力、当量比、燃料 类型） • 点火、可燃性与熄火
燃烧三阶段 热自燃理论及应用（着火熄火过程） 可燃极限（P、T、浓度范围） 最小点火能量 火焰稳定（两个必要条件）
燃烧学复习
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本课程内容
• 绪论 • 燃烧热力பைடு நூலகம் • 传质基础 • 燃烧动力学 • 几个重要的反应机理 • 层流预混燃烧 • 湍流预混燃烧 • 扩散火焰 • 液滴蒸发与燃烧
高等燃烧学讲义第8章(郑洪涛4学时)
第八章 层流预混火焰—— 8.3 简化分析——求解
• 例8.2 用方程(8.20)所表示的简化方法计算化学当量下的 丙烷-空气混合物的层流火焰速度。采用总包的一步反应 机理(表5.1中的式(5.2))来计算平均反应速度。 • 解：从方程(8.20)计算层流火焰速度为
• 问题是如何求 和α。因上述简化理论假设反应是在火 焰厚度的后半部进行的(δ/2< x <δ)，设Tb=Tad=2260K(第2 章)及Tu=300K，采用下述的平均温度来计算反应速度:
第八章 层流预混火焰—— 8.2 物理描述——重要特征
• 当空气减少到小于化学计量比的时候，快速反应区呈蓝绿 色，这是由于被激活的C2辐射之故。 • 在这两种火焰中，OH都会发出可见光。另外，反应CO+O →CO2+hv会发出化学荧光，只是程度要弱一些。 • 如果火焰更加缺氧的话，就会生成碳烟，形成黑体辐射。 • 尽管碳烟辐射强度的最大值处于光谱的红外区(回忆一下 维恩定律)，但人眼的感光性使我们看到的是从亮黄(近白) 到暗橘色的发射光，具体的颜色取决于火焰的温度。
第八章 层流预混火焰—— 8.2 物理描述——重要特征
• 燃料分子的消耗和许多中间组分的生成发生在快速反应区， 这一区域发生的主要反应是双分子反应。 • 在常压下，快速反应区很薄，典型的厚度小于1mm。因此， 这个区域内的温度梯度和组分的浓度梯度都很大。这些梯 度提供了火焰自维持的驱动力：热量和自由基组分从反应 区扩散到预热区。 • 慢速反应区由三自由基的合成反应支配着，反应速度比典 型的双分子反应要慢得多，CO最终的燃尽通过反应CO+OH →CO2+H来完成。在1atm下的火焰中，慢速反应区可以延 伸到几毫米。 • 烃类火焰的另一个特征是可见的辐射。 • 在空气过量时，快速反应区呈蓝色。蓝色的辐射来源于在 高温区域被激活的CH自由基。
燃烧学课件_第八章 湍流预混燃烧
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
AcuL ApuT 或 uT uL Ac / Ap
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。
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。
（5）混气浓度（化学恰当比或偏富时速度 最大）
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 n 描述紊流的运动速度为： `2
u`
u
1
n
流体微团的平均脉动速度与主流速度之比。
小尺度湍流火焰传播速度确定
《湍流燃烧模拟》课件
《湍流燃烧模拟》PPT课 件
本课件将介绍湍流燃烧模拟的基本概念、研究背景以及应用领域。我们将探 讨燃烧模型、数值模拟方法和计算流程，并通过应用实例加深理解。最后总 结湍流燃烧模拟的优缺点及未来展望。
什么是湍流燃烧模拟
湍流燃烧模拟是一种利用数值方法模拟燃烧过程的技术。它可以模拟燃烧传 递、燃烧反应和湍流扩散等关键过程，为工程和学术领域带来了重要的应用 价值。
求解湍流方程
4
的消耗和产物的生成。
通过湍流模型求解湍流的统计特性，如
湍流能量和湍流扩散。
5
结果后处理
分析和可视化计算结果，如温度分布图 和燃烧效率曲线。
应用实例
工程应用
湍流燃烧模拟在航空、汽车和能源等领域中的应用， 如优化燃烧室设计和提高燃料利用率。
学术研究
湍流燃烧模拟在燃烧理论和湍流动力学等学术领域 中的应用，如燃烧反应机计性质，如 湍流能量传递和涡旋结构。
数值计算方法
采用离散化方法对方程进行数 值求解，如有限体积法和有限 元法。
计算流程
1
数据预处理
收集和处理输入数据，如几何模型和初
求解流场和温度场方程
2
始条件。
通过数值方法求解流体和温度的传输方
程，得到流场和温度场分布。
3
求解反应方程
根据燃烧模型求解反应方程，计算燃料
燃烧模型
传统燃烧模型
基于化学平衡假设，适用于简单的燃烧场景，但无法考虑湍流效应。
湍流燃烧模型
考虑了湍流效应对燃烧传递和反应的影响，适用于湍流流场和复杂燃烧场景。
湍流模型的特点和局限性
湍流模型可以有效地描述湍流的统计特性，但对于瞬态湍流现象和湍流的局部结构存在一定 限制。
数值模拟方法
本课件将介绍湍流燃烧模拟的基本概念、研究背景以及应用领域。我们将探 讨燃烧模型、数值模拟方法和计算流程，并通过应用实例加深理解。最后总 结湍流燃烧模拟的优缺点及未来展望。
什么是湍流燃烧模拟
湍流燃烧模拟是一种利用数值方法模拟燃烧过程的技术。它可以模拟燃烧传 递、燃烧反应和湍流扩散等关键过程，为工程和学术领域带来了重要的应用 价值。
求解湍流方程
4
的消耗和产物的生成。
通过湍流模型求解湍流的统计特性，如
湍流能量和湍流扩散。
5
结果后处理
分析和可视化计算结果，如温度分布图 和燃烧效率曲线。
应用实例
工程应用
湍流燃烧模拟在航空、汽车和能源等领域中的应用， 如优化燃烧室设计和提高燃料利用率。
学术研究
湍流燃烧模拟在燃烧理论和湍流动力学等学术领域 中的应用，如燃烧反应机计性质，如 湍流能量传递和涡旋结构。
数值计算方法
采用离散化方法对方程进行数 值求解，如有限体积法和有限 元法。
计算流程
1
数据预处理
收集和处理输入数据，如几何模型和初
求解流场和温度场方程
2
始条件。
通过数值方法求解流体和温度的传输方
程，得到流场和温度场分布。
3
求解反应方程
根据燃烧模型求解反应方程，计算燃料
燃烧模型
传统燃烧模型
基于化学平衡假设，适用于简单的燃烧场景，但无法考虑湍流效应。
湍流燃烧模型
考虑了湍流效应对燃烧传递和反应的影响，适用于湍流流场和复杂燃烧场景。
湍流模型的特点和局限性
湍流模型可以有效地描述湍流的统计特性，但对于瞬态湍流现象和湍流的局部结构存在一定 限制。
数值模拟方法
5.5 湍流火焰传播理论和影响因素 课件
-1-西北工业大学航空发动机燃烧学课程组《航空发动机燃烧学》湍流预混火焰传播理论CONTENTS-2-1 湍流预混火焰传播理论2表面皱折燃烧理论3三种湍流火焰模型4湍流火焰传播的容积理论5 湍流火焰传播速度的影响因素-3-1湍流预混火焰传播理论：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。
湍流火焰传播理论容积燃烧理论（萨默菲尔德和谢京科夫）表面皱折理论（邓克尔和谢尔金）-4-2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表面皱折燃烧理论邓可尔：丙烷-氧的预混火焰实验ll δ>l l δ<'LS υ<'LS υ>23006000e R ≤≤6000e R >小尺度湍流火焰湍流火焰大尺度湍流火焰大尺度弱湍流火焰大尺度强湍流火焰(a)小尺度；(b)大尺度弱湍流；(c)大尺度强湍流;小尺度湍流火焰火焰锋面保持规则，火焰前沿仍然是平滑的，只是增加了厚度，火焰锋面不发生皱折，湍流火焰面厚度δΤ>层流火焰面厚度δn 。
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速，使湍流火焰传播速度比层流火焰传播速度快.现象特点L S LS LS LS LS LS L S υ'-υ'大尺度弱湍流模型c A SL S LS LS LS LS LS L S υ'-υ'p TA υ=-12-4湍流火焰传播的容积理论(a)表面皱折模型(b)容积模型容积燃烧理论✓在湍流强度比较高的情况下，分割成无数空间流体微团（“小岛”）；✓在大小不等的微团中，湍流火焰侵入未燃混气的部分并不是由简单的层流火焰面构成，即不存在火焰面；✓每个微团内部温度、浓度是局部平衡的，但不同微团的温度和浓度是不同的；✓在不同微团内存在着快慢不同的燃烧反应，达到着火条件的微团整体燃烧，未达到着火条件的微团在脉动中被加热并达到着火燃烧；✓火焰不是连续的薄层，但到处都有；✓各微团间相互渗透混合，不时形成新微团，进行着不同程度的容积化学反应。
燃烧学完整版.ppt
11
液体燃料蒸发与燃烧
• D2定律
12
9
湍流预混火焰
• 湍流预混火焰比层流预混火焰传播快的原 因
• 三种湍流火焰模式（根据湍流强度、长度 尺度划分）、各模式传播速度影响因素
10
扩散火焰
• 扩散火焰 • 层流扩散火焰特征（火焰表面、火焰高度、
浮力影响、碳烟生成、火焰高度-流量关系） • 层流扩散火焰物理描述（T-f、Yi-f） • 火焰高度影响因素 • 层流扩散火焰向湍流扩散火焰的转变
燃烧学复习
1
本课程内容
• 绪论 • 燃烧热力学 • 传质基础 • 燃烧动力学 • 几个重要的反应机理 • 层流预混燃烧 • 湍流预混燃烧 • 扩散火焰 • 液滴蒸发与燃烧
2
绪论
• 燃烧概念 • 燃烧分类（按照流态、相态、传播方式等）
3
燃烧热力学
• 概念：当量比、绝对焓、生成焓、热值 • 绝热火焰温度概念与计算（定压、定容） • 化学平衡判定，Kp的计算 • 能够利用压力平衡常数计算平衡产物成分
6
几个重要的反应机理
• H2-O2系统 （几个爆炸极限） • CO氧化机理（区分干式、湿式机理） • 高链烷烃氧化机理（乙烷的8步氧化机理）
C-C断裂脱氢自由基产生染料分子 进一步断裂脱氢反应甲酸基、甲醛生 成氧化CO氧化机理
7
简化守恒方程
• 简单化学反应 • 守恒标量：混合物分数（概念与计算）、
4
传质基础
• Fick定律（形式、各参数意义） • Stephen问题 • 单个液滴蒸发时间（D2定律）
5
燃烧动力学
• 概念：基元反应、反应级数、链式反应 • 碰撞理论（理解） • 基元反应速率、Arrhenius定律 • Kc、kf、kr与kp的关系 • 链式反应过程 • 两种近似方法：稳态近似与局部平衡假设
液体燃料蒸发与燃烧
• D2定律
12
9
湍流预混火焰
• 湍流预混火焰比层流预混火焰传播快的原 因
• 三种湍流火焰模式（根据湍流强度、长度 尺度划分）、各模式传播速度影响因素
10
扩散火焰
• 扩散火焰 • 层流扩散火焰特征（火焰表面、火焰高度、
浮力影响、碳烟生成、火焰高度-流量关系） • 层流扩散火焰物理描述（T-f、Yi-f） • 火焰高度影响因素 • 层流扩散火焰向湍流扩散火焰的转变
燃烧学复习
1
本课程内容
• 绪论 • 燃烧热力学 • 传质基础 • 燃烧动力学 • 几个重要的反应机理 • 层流预混燃烧 • 湍流预混燃烧 • 扩散火焰 • 液滴蒸发与燃烧
2
绪论
• 燃烧概念 • 燃烧分类（按照流态、相态、传播方式等）
3
燃烧热力学
• 概念：当量比、绝对焓、生成焓、热值 • 绝热火焰温度概念与计算（定压、定容） • 化学平衡判定，Kp的计算 • 能够利用压力平衡常数计算平衡产物成分
6
几个重要的反应机理
• H2-O2系统 （几个爆炸极限） • CO氧化机理（区分干式、湿式机理） • 高链烷烃氧化机理（乙烷的8步氧化机理）
C-C断裂脱氢自由基产生染料分子 进一步断裂脱氢反应甲酸基、甲醛生 成氧化CO氧化机理
7
简化守恒方程
• 简单化学反应 • 守恒标量：混合物分数（概念与计算）、
4
传质基础
• Fick定律（形式、各参数意义） • Stephen问题 • 单个液滴蒸发时间（D2定律）
5
燃烧动力学
• 概念：基元反应、反应级数、链式反应 • 碰撞理论（理解） • 基元反应速率、Arrhenius定律 • Kc、kf、kr与kp的关系 • 链式反应过程 • 两种近似方法：稳态近似与局部平衡假设
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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。
uT 椎体表面积 R R 2 h 2 2 2 1 ( h / R ) 1 ( 2 h / l ) uL 锥底面积 R 2
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）
湍流火焰传播速度
0.6 0.7 0.4 0.3 u 5 . 3 ( u `) ( u ) 经验公式： T L
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
uT 5.3(u`)0.60.7 (uT )0.40.3
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 n 描述紊流的运动速度为： `2
u`
u
1
n
流体微团的平均脉动速度与主流速度之比。
（5）混气浓度（化学恰当比或偏富时速度 最大）
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：
u` 2 uT / u L 1 ( ) uL
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。
b.大尺度弱湍流火焰：
现象：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
AcuL ApuT 或 uT uL Ac / Ap
若u`>uL（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。
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。
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：
uT / u L 1 (u `/ u L ) 2 uT u`
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）：
湍流火焰传播速度
对于管流，湍流尺度 和气流速度成正比： 与管径成正比，脉动速度
而分子导温系数
与分子运动粘性 成正比，所以
uT / uL (T / L )1/ 2 (lu`/ v)1/ 2 Re1/ 2 uT uL Re1/ 2
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）。
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
具有不同燃烧速率的火焰表面
窄缝燃烧火焰表面
小尺度湍流火焰传播速度确定
湍流火焰传播速度和层流火焰传播速度之比等于两者传输 率之比的平方根
T 1/ 2 T / 0C p 1/ 2 uT / uL ( ) ( ) L L / 0C p
是湍流热传导系数； λL 是层流热传导系数 根据相似性原理，分子导温系数 L L / 0C p，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
uT 椎体表面积 R R 2 h 2 2 2 1 ( h / R ) 1 ( 2 h / l ) uL 锥底面积 R 2
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）
湍流火焰传播速度
0.6 0.7 0.4 0.3 u 5 . 3 ( u `) ( u ) 经验公式： T L
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
uT 5.3(u`)0.60.7 (uT )0.40.3
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 n 描述紊流的运动速度为： `2
u`
u
1
n
流体微团的平均脉动速度与主流速度之比。
（5）混气浓度（化学恰当比或偏富时速度 最大）
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：
u` 2 uT / u L 1 ( ) uL
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。
b.大尺度弱湍流火焰：
现象：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
AcuL ApuT 或 uT uL Ac / Ap
若u`>uL（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。
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。
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：
uT / u L 1 (u `/ u L ) 2 uT u`
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）：
湍流火焰传播速度
对于管流，湍流尺度 和气流速度成正比： 与管径成正比，脉动速度
而分子导温系数
与分子运动粘性 成正比，所以
uT / uL (T / L )1/ 2 (lu`/ v)1/ 2 Re1/ 2 uT uL Re1/ 2
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）。
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
具有不同燃烧速率的火焰表面
窄缝燃烧火焰表面
小尺度湍流火焰传播速度确定
湍流火焰传播速度和层流火焰传播速度之比等于两者传输 率之比的平方根
T 1/ 2 T / 0C p 1/ 2 uT / uL ( ) ( ) L L / 0C p
是湍流热传导系数； λL 是层流热传导系数 根据相似性原理，分子导温系数 L L / 0C p，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