第4章扩散火焰

烧
x/d0＞8~10，射流的无因次参数分布与x/d0无关。
过渡段
初始段与自模段之间，可忽略。
圆形湍流自由射流扩散燃烧
第 一、圆形湍流自由射流 章章44 自模段的特性：
扩 散 燃 烧
圆形湍流自由射流扩散燃烧
第 一、圆形湍流自由射流
章章44 扩
自模段的特性：
u um f (r / r1/ 2 )
或
u f (r / b)
um
散
同样，当喷射流体与周围介质性质不同或温度不
燃
同时，自模段的温度场和浓度场也具有相似性，即：
烧
C C Cm C
f1(r / b)
T T Tm T
f2 (r / b)
圆形湍流自由射流扩散燃烧
第 一、圆形湍流自由射流
章章44
自模段的特性：
实际上，b与x成正比：
扩
u f (r / x)
与层流火焰相比，湍流扩散火焰具有如下优点：
扩 1、湍流射流扩散火焰面是皱折、波动、破裂的，不能 散 精确测量其火焰高度，且湍流射流扩散火焰高度与射
燃 流无关，仅与射流直径有关。
烧
2、湍流射流扩散火焰前沿厚度较宽，并处于激烈脉动 中。其温度、速度、浓度的时间平均值分布也与层流
分布图类似。
气体燃料扩散火焰特性
燃
烧
理 论
第4章 扩散燃烧
基
础
引言
第 扩散燃烧与动力燃烧
章章44
气体燃料燃烧所需的全部时间通常包括两部分： 气体燃料与空气混合所需时间和燃烧反应所需时间。
扩
ph ch
散 燃
ph ch
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扩散燃烧或扩散火焰
烧 ph ch 动力燃烧或动力火焰
ph ch 扩散－动力燃烧
气体燃料扩散火焰特性
d0
Cm C 0.70 C0 C 2ax 0.29
a为实验系数，其值 为0.07～0.08
d0
圆形湍流自由射流扩散燃烧
第 一、圆形湍流自由射流 章章44 工程应用的半经验公式：
参数分布：
扩 散
u [1 ( r )1.5 ]2
um
b
燃
T T [1 ( r )1.5 ]
T0 T
b
烧
第 扩散火焰分类
章章44
层流扩散火焰
扩散火焰
扩 散 燃
质量扩散以分子扩散的方式实现
湍流扩散火焰
质量扩散以气团扩散的方式实现
烧
气体燃料扩散火焰特性
第 扩散火焰结构（受限扩散） 章章44
扩 散 燃 烧
气体燃料扩散火焰特性
第 扩散火焰结构（自由扩散） 章章44 层流扩散火焰
火焰面必定在燃
扩 料与空气按照化学恰
第 扩散火焰的特点
44
➢ 扩散火焰不产生回火，但温度低
章章
➢ 扩散燃烧容易产生碳氢化合物的热分解
扩 散 燃 烧
人工煤气扩散火焰
人工煤气预混火焰
圆形湍流自由射流扩散燃烧
第 射流分类
章章44
根据射流环境： 自由射流与受限射流 直流射流与旋转射流
扩
根据射流结构： 平行射流与相交射流
散
环形射流与同轴射流
C C [1 ( r )1.5 ]
tg 3.40 a
C0 C
b
圆形湍流自由射流扩散燃烧
第 二、射流的吸卷及吸卷量的计算
44
射流向前运动时，由于横向的速度脉动及粘性，
章章 与周围介质产生动量交换，带动周围介质运动，使射
流的质量沿流向逐渐增加，这种现象称为射流的吸卷
扩 或引射。
散
任意截面及出口截面上射流的质量流量为：
ru
(T T ) x
燃
烧
根据射流喷嘴： 平面射流与圆形射流
根据射流流动： 层流射流与湍流射流
圆形湍流自由射流扩散燃烧
第 一、圆形湍流自由射流 章章44
扩 散 燃 烧
圆形湍流自由射流扩散燃烧
第 一、圆形湍流自由射流 章章44 初始段
O－C－O为射流核心，核
扩 散 燃
心区内速度、浓度等与出 口处相同，长度约4~5d0
自模段
第 三、圆形湍流自由射流扩散燃烧
44
由射流特性确定扩散燃烧特性：
章章
在射流中各点的燃料相对浓度Cf和氧化剂
浓度Ca满足 ：
扩
C f Ca C0
散 燃 烧
Cm 1 C0 Cm V 0
Cm 1 C0 V 0 1
Cm 0.70 C0 2ax 0.29
d0
（湍流自由射流）
圆形湍流自由射流扩散燃烧
（2）物性不随温度变化；
燃 烧
（3）不考虑湍流脉动与燃烧间的相互作用。
圆形湍流自由射流扩散燃烧
第 三、圆形湍流自由射流扩散燃烧
章章44
湍流扩散火焰理论分析：
(ru) (rv) 0
x r
扩 散
ru
u x
rv u r
T
r
(r
u ) r
燃 烧
ru f s x
rv f s r
DT
(r f s ) s r r r
散
当比混合的位置上：
燃 烧
焰面外侧：空气＋燃烧产物
焰面内侧：燃料＋燃烧产物
焰面：燃料与空气的理论浓度为零
气体燃料扩散火焰特性
第 扩散火焰结构 章章44 实际层流扩散火焰
扩 散 燃 烧
气体燃料扩散火焰特性
第 扩散火焰结构 章章44 湍流扩散火焰
扩 散 燃 烧
气体燃料扩散火焰特性
第 扩散火焰结构 章章44 湍流扩散火焰
燃
mx 0 u(r) 2rdr
烧
m0
4
d 02 0u0
me
mx m0
0
u(r)
2rdr
4
d
2 0
0u0
圆形湍流自由射流扩散燃烧
第 二、射流的吸卷及吸卷量的计算
44
经验公式：
章章
当射流出口雷诺数大于 2.5 104 及 x / d0 6
扩
mx 0.32m0 x / d0
散
me mx m0 m0 (0.32 x / d0 1)
燃
烧
当 0 时：
me
m0
[0.32(
0
1
)2
x d0
1]
圆形湍流自由射流扩散燃烧
第 三、圆形湍流自由射流扩散燃烧
44
由射流特性确定扩散燃烧特性：
章章
如湍流扩散火焰高度的工程计算：
扩
1、确定湍流扩散火焰高度，即寻找火焰锋面与轴
散
心线相交的位置
燃
2、扩散火焰面上有：
烧
1
圆形湍流自由射流扩散燃烧
第 三、圆形湍流自由射流扩散燃烧
章章44 湍流扩散火焰高度（工程计算）：
扩
xh
d0 2a
0.70(1 V 0 ) 0.29
散
燃
湍流扩散火焰高度与管径成正比，与初始速
烧
度无关
圆形湍流自由射流扩散燃烧
第 三、圆形湍流自由射流扩散燃烧
章章44
湍流扩散火焰理论分析：
假设：
扩
（1）忽略辐射热损失；
散
散
um
燃 烧
C C Cm C
f1(r / x)
T T Tm T
f2 (r / x)
圆形湍流自由射流扩散燃烧
第 一、圆形湍流自由射流 章章44 工程应用的半经验公式：
轴线上的参数：
扩 散 燃 烧
um 0.97 u0 2ax 0.29
d0
Tm T 0.70 T0 T 2ax 0.29