【清华大学 燃烧学】燃烧理论_9-层流扩散火焰
合集下载
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
燃烧学9-非预混火焰
燃料燃烧所需的时间τ= τm+ τr
燃料与空气混合时间τm流动特征时间
燃烧反应时间τr
化学反应时间
Da= τm /τr
扩散燃烧： τm >>τr, τ≈ τm
化学反应进行得很快，燃烧快慢主要取决于混合速度，与化 学反应速度关系不大
预混燃烧： τm <<τr, τ≈ τr
混合过程进行得很快，燃烧快慢主要取决于化学反应速度 (化学动力因素)，与混合过程关系不大
（1）初始射流动量通量与作用在火焰上的力之比，即火焰弗 卢德数Frf （2）化学恰当燃料质量百分数fs=1/(L0+1) （3）喷管内流体密度与环境气体密度之比ρe/ ρ∞
（4）初始射流直径di
火焰弗卢德数定义如下:
Frf
ve
f
3
/
2
e
/
1/ 4 T f
T
1/ 2 gd j
其中: Tf 为燃烧特征温度，ve为出口流速
将喷管内流体密度与环境密度之比e / 与初始射流
直径d j综合为一个参数,即动量直径:
d
* j
d（j e
/
）1/ 2
无因次火焰长度经验公式 :
L*
d
j
Lf
(e /
fs
)1/ 2
或
L*
Lf fs
d
* j
在浮力起主要作用区域，无因次火焰长度的经验公式为:
Frf 5
L* 13.5Fr2f /5 (1 0.07Fr2f )1/5
燃烧学
9-非预混火焰
火焰分类 扩散火焰特点 层流扩散火焰结构 湍流扩散火焰
第一节 火焰分类
一 扩散燃烧与预混燃烧概念 预混火焰 在发生化学反应之前，反应物已经均匀地混合，预 混射流（燃料与空气混合物）直接形成的火焰 扩散火焰 在发生化学反应之前，燃料和氧化剂是分开的，依 靠分子扩散和整体的对流运动（湍流扩散）使反应 物分子在某一个区域混合，接着进行燃烧反应
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
燃烧理论第四讲火焰传播理论
正常燃烧属于稳定态燃烧，可视为等压过程；而爆振和爆 炸属不稳定态燃烧，是靠气体的膨胀来局部压缩未燃气体 而形成的冲击波。在民用燃具和燃气工业炉中，燃气的燃 烧均属于正常燃烧。
精品资料
若可燃混合气在一管内流动，其速度是均匀分布的，形成一平整的 火焰锋面。如Sn=u，则气流速度与火焰传播速度相平衡，火焰 面便驻定不动。这是流动可燃混合气稳定燃烧的必要条件。
精品资料
本生火焰(huǒyàn)示意图 1—内锥面；2—外锥面
如气体出口速度分布均匀，则可假定内锥为一几何正锥体，并 认为内锥焰面上各点的Sn均相等。这样，便可测得层流火焰传 播速度的平均值，且具有足够的准确性。
当混合气出流稳定时，按连续(liánxù)方程有
式中
F0——燃0烧F0器m 出 口0截n F面f 积；0Sn Ff
(2)激光测速法 激光测速的基本原理是利用光学多普勒效应。 当一束激光照射到流体中跟随一起运动的微粒上时，激光被运 动着的微粒所散射，散射光的频率和入射光的频率相比较，就 会产生一个与微粒运动速度成正比的频率偏移。
精品资料
通过火焰内锥的流线分布(fēnbù)情况
层流(cénɡ liú)火焰传播速度沿燃 烧器截面的分布
第四章
火焰传播(chuánbō) 理论
精品资料
一、层流火焰传播(chuánbō)机理
在工程应用中，可燃混合物着火的方法是先引入外部热源， 使局部先行着火，然后点燃部分向未燃部分输送热量及生 成活性中心，使其相继着火燃烧。
在可燃混合物中放入点火源点火时，产生局部燃烧反应而 形成点源火焰。由于反应释放的热量和生成的自由基等活 性中心向四周扩散传输，使紧挨着的一层未燃气体着火、 燃烧，形成一层新的火焰。反应依次(yīcì)往外扩张，形 成瞬时的球形火焰面。此火焰面的移动速度称为层流火焰 传播速度Sn(或称层流火焰传播速度Sl，或正常火焰传播速 度)，简称火焰传播速度。未燃气体与已燃气体之间的分界 面即为火焰锋面，或称火焰面。
精品资料
若可燃混合气在一管内流动，其速度是均匀分布的，形成一平整的 火焰锋面。如Sn=u，则气流速度与火焰传播速度相平衡，火焰 面便驻定不动。这是流动可燃混合气稳定燃烧的必要条件。
精品资料
本生火焰(huǒyàn)示意图 1—内锥面；2—外锥面
如气体出口速度分布均匀，则可假定内锥为一几何正锥体，并 认为内锥焰面上各点的Sn均相等。这样，便可测得层流火焰传 播速度的平均值，且具有足够的准确性。
当混合气出流稳定时，按连续(liánxù)方程有
式中
F0——燃0烧F0器m 出 口0截n F面f 积；0Sn Ff
(2)激光测速法 激光测速的基本原理是利用光学多普勒效应。 当一束激光照射到流体中跟随一起运动的微粒上时，激光被运 动着的微粒所散射，散射光的频率和入射光的频率相比较，就 会产生一个与微粒运动速度成正比的频率偏移。
精品资料
通过火焰内锥的流线分布(fēnbù)情况
层流(cénɡ liú)火焰传播速度沿燃 烧器截面的分布
第四章
火焰传播(chuánbō) 理论
精品资料
一、层流火焰传播(chuánbō)机理
在工程应用中，可燃混合物着火的方法是先引入外部热源， 使局部先行着火，然后点燃部分向未燃部分输送热量及生 成活性中心，使其相继着火燃烧。
在可燃混合物中放入点火源点火时，产生局部燃烧反应而 形成点源火焰。由于反应释放的热量和生成的自由基等活 性中心向四周扩散传输，使紧挨着的一层未燃气体着火、 燃烧，形成一层新的火焰。反应依次(yīcì)往外扩张，形 成瞬时的球形火焰面。此火焰面的移动速度称为层流火焰 传播速度Sn(或称层流火焰传播速度Sl，或正常火焰传播速 度)，简称火焰传播速度。未燃气体与已燃气体之间的分界 面即为火焰锋面，或称火焰面。
高等燃烧学讲义第9章(郑洪涛2学时)
第九章 层流扩散火焰—— 9.1 无反应的恒定密度层流射流——物理描述
• 式中，ρe和ve分别是燃料在源自嘴出口处的密度和速度。 • 图9.1的中间一幅图描述了气流核心区外中线上速度随着距 离的衰减趋势，右边的一幅图则描述了速度沿径向从中心 线处的最大值到射流边界处为零时的衰减趋势。 • 影响速度场的动量和影响燃料浓度场的组分的对流和扩散 具有相似性。质量分数YF(r, x)和速度vx(r, x)/ve也具有相似 的分布规律。 • 燃料在射流中心的浓度比较高，燃料分子会沿径向向外扩 散。而沿轴向的流动增加了扩散发生所需要的时间。 • 因此随着轴向距离x的增大，含有燃料的宽度渐增，中心线 的燃料浓度渐减。从喷嘴流入的燃料质量守恒，即
第九章 层流扩散火焰—— 9.2 射流火焰的物理描述
• 图9.6 是乙烯火焰的照片，在图中可以看到焰舌的右边出现 了碳烟翼。 • 层流射流扩散火焰的另一个突出的特点是火焰长度和初始 条件之间的关系。 • 对于圆口火焰来说，火焰长度和初始速度以及管径都无关， 而是和初始体积流量QF有关。 • 由于QF=veπR2，则不同ve和R的组合可以得到相同的火焰长 度，这一点的合理性可以从前面无反应层流射流的分析结 果(见例9.2) 中得到验证。 • 如果忽略反应放热，并将式(9. 16) 中的YF改为YF, stoic，则式 (9.16) 就可以作为火焰边界的粗略描述方程。 • 如果令r =0，则可以得到火焰长度为
• 其中，QF是燃料在喷口处的体积流量(QF=veπR2)。 • 上式由Sc=1(ν =Ɗ)可得到以射流雷诺数为参数的表达式为：
• 中心线的质量分数为 • 同前面的速度解一样，这个解只在距离喷嘴一定距离以外 才适用，这个范围的无量纲轴向距离和雷诺数的关系为
• 由于表达式是一样的，因此图9.2 也表示了中心线质量分数 的衰减曲线。
燃烧理论_姚强_第九章层流扩散火焰
9-1解: 由连续方程及7.48()0)(=∂∂+∂∂x r v xr rv r ρρ g r rv r x v x rv rv x v v x rv rv x v x x r r x x x x x)()()()()()(ρρμρρρρ-+∂∂∂∂=∂∂+∂∂+∂∂+∂∂∞ g r r v r xrv x v x r v x v rv rv x v x r x x x r x x)()()()()(ρρμρρρρ-+∂∂∂∂=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂+∂∂+∂∂+∂∂∞ 由于)(x f r ≠，const v ==ρμ, 忽略浮力 )()(rv r x r x v v v x v x x r x x∂∂∂∂=∂∂+∂∂υ得证 9-7 证明： 由于∑=1iY, Y Pr =1-Y F ,)1(F s F Y f Y f -+=带入Y Fs s F f f Y f +-=)1( ssF f f f Y --=1 得证 9-8 解：(1) 222226276.33276.3aN O H CO aN aO H C ++→++a=x+y/4=2+6/4=3.5A/F|S =4.76aMW air /MW fuel =4.76(3.5)28.85/30.069=15.98059.098.1511,=+=stoich F YstoichF F f Y Q D L ,83π=Sc=1 D=ν=μ/ρ ρ=ρair =1.16kg/m 326/105.962m S N H C -⨯=-μ27/106.184m S N air -⨯=-μs m D /1005.12]2105.9106.184[16.11/2667---⨯=⨯+⨯===ρμνs m m s m D v R v Q e e f /10927.34)01.0()/05.0(436222-⨯====πππm L f 66.0059.010927.3)1005.12(8366=⨯⨯=--π(2) 关联式)/11ln()/(1330exp ,S T T Q L F F t f +=∞S=4.76a=4.76(3.5)=16.66m L tf 09.0)66.16/11ln()300/300)(1097.3(13306exp ,=+⨯=-9-9解：圆口: 42D v Q e F π=)/11ln()/(41330)/11ln()/(13302S T T D v S T T Q L F e F F f +=+=∞∞π方口: 2b v Q e F =25.0225.0)])/11(([)/(1045)])/11(([)/(1045-∞-∞+=+=S inverf T T b v S inverf T T Q L F eF F f 两者相等25.022)])/11(([)/(1045)/11ln()/(41330-∞∞+=+S linverf T T b v S T T D v F eF e π 225.0)]308.0([)105.1ln(004.1)])1(([)/11ln(004.1inverf S inverf S b D =++=- 13.1]28.0[002.12==b D 9-11解：动量通量为：P=022d Rm v r rR ππ''⎰对于速度均匀分布的，,e e m v v v ρ''==，带入解得：P=2e v ρ，对于速度分布为抛物型分布的：222[1()],2[1()]e e r r m v v v RRρ''=-=-，带入积分解得： P=243e v ρ，抛物型与均匀分布型的动量通量的比值为：4/3。
2017北理工-lecture 8 射流扩散火焰
• 应用连续方程和动量方程, 将他们写成积分方程的形式, 选取合理的射流横 断面的速度分布方程, 代入积分方程, 从而将偏微分方程变成常微分方程 • • • •
rvr rvx x
1 b rvx dr b x 0
现求解质量守恒方程
rvr r
0
(7)
对上式积分, 分别从r = 0到r = b; 从r = 0到r =b/2 得到：
• 质量守恒
流场内密度为常数 1 r vr vx 0 r r x
1 rvr vx 0 r r x
g v v v 1 vx vx x vx x x rvr vr vx r x x r r r r r r v v 1 vx vx x vr x μ:绝对粘性(absolute viscosity) N∙s/m2; r x r r r r 2 υ: 运动粘性(kinematic viscosity) m /s
=
• •
由于各守恒方程和边界条件（归一化后）都相同 所以它们的解形式也都相同，可写成如下形式
vx T T YOx YOx, YF F x, r v0 T0 T YOx, YF,0
• 由于动量/能量/组分方程相似性，解动量方程即可
19
• 层流自由射流的解
火焰前沿靠近燃料一侧燃料浓度比氧化剂浓度大很多在高温缺氧条件下将产生热分解生成固体碳在火焰前沿内固体碳呈明亮的淡黄色火焰有较高的辐射强度富燃料区域10扩散火焰随气流速度的变化沃尔实验层流火焰过渡区湍流火焰分裂长度开始破裂的位置不噪音增加火焰的高度包络线射流速度吹升曲线火焰顶部开始出现颤动皱折破裂过分增加射流速度火焰会脱离喷口直至吹熄湍流火焰高度只与出口直径成正比11高速射流与外界具有高流速差所产生的局部剪切力将促使射流边界形成涡旋涡旋在不同位置形成后会往下游卷逸
rvr rvx x
1 b rvx dr b x 0
现求解质量守恒方程
rvr r
0
(7)
对上式积分, 分别从r = 0到r = b; 从r = 0到r =b/2 得到：
• 质量守恒
流场内密度为常数 1 r vr vx 0 r r x
1 rvr vx 0 r r x
g v v v 1 vx vx x vx x x rvr vr vx r x x r r r r r r v v 1 vx vx x vr x μ:绝对粘性(absolute viscosity) N∙s/m2; r x r r r r 2 υ: 运动粘性(kinematic viscosity) m /s
=
• •
由于各守恒方程和边界条件（归一化后）都相同 所以它们的解形式也都相同，可写成如下形式
vx T T YOx YOx, YF F x, r v0 T0 T YOx, YF,0
• 由于动量/能量/组分方程相似性，解动量方程即可
19
• 层流自由射流的解
火焰前沿靠近燃料一侧燃料浓度比氧化剂浓度大很多在高温缺氧条件下将产生热分解生成固体碳在火焰前沿内固体碳呈明亮的淡黄色火焰有较高的辐射强度富燃料区域10扩散火焰随气流速度的变化沃尔实验层流火焰过渡区湍流火焰分裂长度开始破裂的位置不噪音增加火焰的高度包络线射流速度吹升曲线火焰顶部开始出现颤动皱折破裂过分增加射流速度火焰会脱离喷口直至吹熄湍流火焰高度只与出口直径成正比11高速射流与外界具有高流速差所产生的局部剪切力将促使射流边界形成涡旋涡旋在不同位置形成后会往下游卷逸
层流非预混扩散火焰
的质量流量
单位体积内径向 对流引起的燃料
的质量流量
单位体积内径向 扩散引起的燃料
的质量流量
• 由于组分只有燃料和氧化剂两种，所以 两者的质量分数相加应该为1。
YOX 1 YF
2020/4/1
13
边界条件
• 为了求解未知的 vx(r,x), vr(r,x), YF(r,x) • 在轴线上：(r=0)
9.12
此方程反映了任意x和r处的轴向速度与初始速度ve的比值
2020/4/1
19
vx / ve 0.375(eve R / )(x / R)1[1 2 / 4]2 ,
9.12
• 再令r = 0(ξ = 0)，即可得到中心线速度的衰减关系式：
vx,0 / ve 0.375(eve R / )(x / R)1 9.13 =0.375 Re j (x / R)1
方程9.2中的燃料质量分数场 Yf(r, x) 的具体 分布。
2
(r,x)v
2 x
(r,
x)rdr
eve2
R2,
9.1
0
2 (r, x)vx (r, x)YF (r, x)rdr eveR2YF,e , 9.2
0
2020/4/1
9
假设
1、射流和周围流体的摩尔质量相等。有了这个假设， 加上理想气体性质，并设流场内压力和温度都是常 数，那么整个流场内流体的密度也就是常数。
2、物质之间的扩散为遵从费克定律的简单二元扩散。
3、动量和组分的扩散率都是常数，且相等，即施密特
数[Sc =ν（动量扩散率）/D （质量扩散率）]等于1。
4、只考虑物质的径向动量扩散，忽略轴向扩散。
因此，下面得出的结论只在距离喷嘴出口下游一定距离的地 方，也就是隐核以外的地方才适用，因为喷嘴出口处隐核 内部轴向扩散起着较大的作用，不能忽略。
单位体积内径向 对流引起的燃料
的质量流量
单位体积内径向 扩散引起的燃料
的质量流量
• 由于组分只有燃料和氧化剂两种，所以 两者的质量分数相加应该为1。
YOX 1 YF
2020/4/1
13
边界条件
• 为了求解未知的 vx(r,x), vr(r,x), YF(r,x) • 在轴线上：(r=0)
9.12
此方程反映了任意x和r处的轴向速度与初始速度ve的比值
2020/4/1
19
vx / ve 0.375(eve R / )(x / R)1[1 2 / 4]2 ,
9.12
• 再令r = 0(ξ = 0)，即可得到中心线速度的衰减关系式：
vx,0 / ve 0.375(eve R / )(x / R)1 9.13 =0.375 Re j (x / R)1
方程9.2中的燃料质量分数场 Yf(r, x) 的具体 分布。
2
(r,x)v
2 x
(r,
x)rdr
eve2
R2,
9.1
0
2 (r, x)vx (r, x)YF (r, x)rdr eveR2YF,e , 9.2
0
2020/4/1
9
假设
1、射流和周围流体的摩尔质量相等。有了这个假设， 加上理想气体性质，并设流场内压力和温度都是常 数，那么整个流场内流体的密度也就是常数。
2、物质之间的扩散为遵从费克定律的简单二元扩散。
3、动量和组分的扩散率都是常数，且相等，即施密特
数[Sc =ν（动量扩散率）/D （质量扩散率）]等于1。
4、只考虑物质的径向动量扩散，忽略轴向扩散。
因此，下面得出的结论只在距离喷嘴出口下游一定距离的地 方，也就是隐核以外的地方才适用，因为喷嘴出口处隐核 内部轴向扩散起着较大的作用，不能忽略。
燃烧理论简介
简单反应： 仅有一个基元步骤构成 复杂反应： 由两个以上基元步骤构成的
§2-1-1 化学反应速率
二、化学反应速率
1、浓度的定义 常用的表示方法： （1）摩尔浓度： （2）分子浓度：
( Mol ) i Cm = (mol / m 3 ) V N N ( Mol ) i Cn = i = 0 = N 0 C（分子数 / m 3） m V V
CA = e − E A / RT CA
'
CB = e − E B / RT CB
'
§2-1-2 阿累尼乌斯定律
活化分子之间的有效碰撞次数为：
Z AB = F T C A C B e − E / RT
E = E A + EB
反应速率：
频率因子k 0
dCA dCB W =− =− = F T CACB e−E / RT dt dt
四、化学反应级数n
化学反应级数是指化学反应速率与浓度呈多少次方 的关系，就称为几级反应，它是浓度影响反应速率大小 与快慢的反映。 零级反应 一级反应 二级反应 三级反应
W =k W = kCA
2 W = kCA or CACB
K
§2-1-1 化学反应速率
四、化学反应级数
简单反应的级数常与反应式中作用物的分子数相同 反应级数可以不是整数，如一般碳氢燃料与氧的反应 是1.5～２级反应 反应级数是从化学动力学实验测定
. .
k0
§2-1-4 链锁反应
Cl+ H2 → HCl + H + . Cl2 → HCl + Cl
+ . H2 → HCl + H + . Cl2 → HCl + Cl
燃烧学9-非预混火焰
火焰结构
非预混火焰的形状可以是平面、管状、球状等，取决于燃烧器的设计。
火焰形状
通过调整燃料和氧化剂的混合物比例、改变反应条件和改进燃烧器设计，可以优化非预混火焰的结构与形状，提高燃烧效率。
优化火焰结构与形状
火焰结构与形状
火焰温度
非预混火焰的温度取决于燃料和氧化剂的反应速度和燃烧条件。
组分分布
非预混火焰中的气体组分分布受到燃料类型、反应条件和化学反应动力学的影响。
基于多场耦合模型，对燃烧过程进行优化和控制，提高燃烧效率并降低污染物排放。
燃烧过程优化与控制
多场耦合燃烧模拟与实验研究
THANKS
感谢您的观看。
火焰传播速度
火焰稳定性
火焰稳定性
非预混火焰的稳定性是指火焰在受到扰动或外界影响时保持稳定燃烧的能力。
影响因素
火焰稳定性受到燃料和氧化剂的混合物比例、反应条件和燃烧器设计等因素的影响。
提高稳定性
通过优化燃料和氧化剂的混合物比例、改善反应条件和设计合理的燃烧器，可以提高非预混火焰的稳定性。
非预混火焰的结构由燃料和氧化剂的混合物比例、反应条件和燃烧器设计等因素决定。
高可靠性
非预混火焰燃烧稳定，能够保证燃气轮机的可靠运行。
燃气轮机
在航空航天领域，非预混火焰的应用主要涉及发动机的燃烧室设计。采用非预混火焰能够提高发动机的燃烧效率、降低油耗、减小发动机尺寸等。
航空航天领域
在航空航天领域，设备的可靠性和安全性至关重要。非预混火焰燃烧稳定，能够保证发动机的安全运行。
高可靠性
采用燃料分级燃烧技术，将燃料分为不同阶段进行燃烧，降低燃烧温度和污染物排放。
高效低污染燃烧技术
03
02
01
非预混火焰的形状可以是平面、管状、球状等，取决于燃烧器的设计。
火焰形状
通过调整燃料和氧化剂的混合物比例、改变反应条件和改进燃烧器设计，可以优化非预混火焰的结构与形状，提高燃烧效率。
优化火焰结构与形状
火焰结构与形状
火焰温度
非预混火焰的温度取决于燃料和氧化剂的反应速度和燃烧条件。
组分分布
非预混火焰中的气体组分分布受到燃料类型、反应条件和化学反应动力学的影响。
基于多场耦合模型，对燃烧过程进行优化和控制，提高燃烧效率并降低污染物排放。
燃烧过程优化与控制
多场耦合燃烧模拟与实验研究
THANKS
感谢您的观看。
火焰传播速度
火焰稳定性
火焰稳定性
非预混火焰的稳定性是指火焰在受到扰动或外界影响时保持稳定燃烧的能力。
影响因素
火焰稳定性受到燃料和氧化剂的混合物比例、反应条件和燃烧器设计等因素的影响。
提高稳定性
通过优化燃料和氧化剂的混合物比例、改善反应条件和设计合理的燃烧器，可以提高非预混火焰的稳定性。
非预混火焰的结构由燃料和氧化剂的混合物比例、反应条件和燃烧器设计等因素决定。
高可靠性
非预混火焰燃烧稳定，能够保证燃气轮机的可靠运行。
燃气轮机
在航空航天领域，非预混火焰的应用主要涉及发动机的燃烧室设计。采用非预混火焰能够提高发动机的燃烧效率、降低油耗、减小发动机尺寸等。
航空航天领域
在航空航天领域，设备的可靠性和安全性至关重要。非预混火焰燃烧稳定，能够保证发动机的安全运行。
高可靠性
采用燃料分级燃烧技术，将燃料分为不同阶段进行燃烧，降低燃烧温度和污染物排放。
高效低污染燃烧技术
03
02
01
扩散燃烧
zf D z f 1.02 D Q 2 / 5
c pT
Heskestad等人
zf D 1.02 3.7Q*2/ 5
1.02 15.6 N 1/ 5
1/ 5
15.6 2 3 g ( H / r ) c H c / r ~ 2900 ~ 3200kJ / kg ,
估计火焰面落在此
3 x 1 2 r 3 x c ) [1 (1 8 c ) 1 ] 2 d0 3 d0 2 d0 BFO , f BFO,0 值，即火焰面。Βιβλιοθήκη 给定 和YOX ,，即可确定
在空气中的火焰面比在 氧气中的大
自由射流扩散燃烧
火焰高度 湍流火焰高度
BFO , f BFo ,0 (1 8 Y OX , YOX , F ( x f , rf )=
Re0
8YOX ,
8YOX ,
Re0
8
3 cYOX , 2
8YOX ,
1 3 c 2
自由射流扩散燃烧
湍流火焰高度 xf d0
8YOX ,
xf 2 , 层流火焰高度 Re0 d0 8YOX , 3c
自由射流 扩散火焰
碳烟的形成和分解
扩散火焰中形成的散射光，这个范围大致为
扩散火焰的物理相似
zf
Heskestad等人
D 1.02 3.7Q*2/ 5
但是，Q*的值最早由Zukoski通过层 流扩散火焰羽流分析得到，后来 Heskestad给出了在较大范围内改变 环境温度条件下火焰高度的测量结 果。无量纲热释放速率Q*不能正确 解释所观察到的火焰高度变化（随 环境温度升高，火焰高度也相应升 高），而参数N则可以解释上述现象
c pT
Heskestad等人
zf D 1.02 3.7Q*2/ 5
1.02 15.6 N 1/ 5
1/ 5
15.6 2 3 g ( H / r ) c H c / r ~ 2900 ~ 3200kJ / kg ,
估计火焰面落在此
3 x 1 2 r 3 x c ) [1 (1 8 c ) 1 ] 2 d0 3 d0 2 d0 BFO , f BFO,0 值，即火焰面。Βιβλιοθήκη 给定 和YOX ,，即可确定
在空气中的火焰面比在 氧气中的大
自由射流扩散燃烧
火焰高度 湍流火焰高度
BFO , f BFo ,0 (1 8 Y OX , YOX , F ( x f , rf )=
Re0
8YOX ,
8YOX ,
Re0
8
3 cYOX , 2
8YOX ,
1 3 c 2
自由射流扩散燃烧
湍流火焰高度 xf d0
8YOX ,
xf 2 , 层流火焰高度 Re0 d0 8YOX , 3c
自由射流 扩散火焰
碳烟的形成和分解
扩散火焰中形成的散射光，这个范围大致为
扩散火焰的物理相似
zf
Heskestad等人
D 1.02 3.7Q*2/ 5
但是，Q*的值最早由Zukoski通过层 流扩散火焰羽流分析得到，后来 Heskestad给出了在较大范围内改变 环境温度条件下火焰高度的测量结 果。无量纲热释放速率Q*不能正确 解释所观察到的火焰高度变化（随 环境温度升高，火焰高度也相应升 高），而参数N则可以解释上述现象
【清华大学 燃烧学】燃烧理论_9-层流扩散火焰
2020/11/21 Saturday
12
假设
1、射流和周围流体的摩尔质量相等。有了这个假设， 加上理想气体性质，并设流场内压力和温度都是常 数，那么整个流场内流体的密度也就是常数。Q-2？
2、物质之间的扩散为遵从费克定律的简单二元扩散。 3、动量和组分的扩散率都是常数，且相等，即施密特
数（Sc =γ/D）等于1。 4、只考虑物质的径向动量扩散，忽略轴向扩散。
Robert H. Goddard——现代火箭之父
B.S. Worcester Polytechnic Institute,1908
Ph.D, M.A., Clark University ,1912
1926年，在马萨诸塞州冰雪覆盖的草原上，戈达德 发射了人类历史上第一枚液体火箭(液氧和汽油)。火 箭长约3.4米，发射时重量为4.6公斤。飞行延续了约 2.5秒，最大高度为12.5米，飞行距离为56米。
• 乙烯射流从直径10毫米的圆管射入300 K，1 atm的静止空气中。设 初始射流速度为10 cm/s 和 1.0 cm/s，比较两种速度下喷射角以及 当射流中心线上的质量分数等于化学当量值时的高度。乙烯在300 K，1 atm下的粘度为102.3×10-7 N-s/m2.
2020/11/21 Saturday
Momentum flow issuing from the nozzle, Je
or
•
2
其中
0
e(r和,x)vve 2x分(别r,为x)喷rd管r口燃料ev的e2密R度2 ,和速度。
2020/11/21 Saturday
10
• 影响流场的是动量的对流和扩散，而影响燃料浓 度场的则是物质的对流和扩散，这两者具有一定 的类似性，因此燃料的质量分数Yf(r, x)和无量纲 速度vx(r, x) / ve也应该具有类似的分布规律。
一种新的层流扩散火焰面建库模型的研究
一种新的层流扩散火焰面建库模型的研究近年来，随着电力系统可再生能源的不断发展，火力发电厂受到了更多的关注。
在火电厂的主要设备中，燃烧室的安全运行对于电厂的安全运行至关重要。
因此，对燃烧室的火焰传播和控制研究受到了更广泛的关注。
层流扩散火焰是指在有显著层流效应的燃烧室内燃烧的火焰，火焰呈扩展，受上部气流的影响而向下扩散，且有规律的层次性分布在燃烧室内。
目前，层流扩散火焰的研究主要集中在以下几个方面：一是火焰形成机理的研究；二是火焰扩展规律的研究；三是燃烧室结构对火焰传播的影响；四是风场的影响；五是火焰的控制等。
为了更加深入地研究层流扩散火焰，本文着重介绍了一种新的层流扩散火焰面建库模型。
模型基于层流气流特性，采用模拟气流和实验数据建立火焰面建库模型。
模型考虑了不同的燃烧室结构和温度场的影响，能够更好地模拟火焰扩展过程，并能够较为准确地表征火焰扩展的规律。
首先，本文以实验数据为基础，研究了火焰表面建模中不同气温分布和火焰位置和形状之间的关系。
在这一研究过程中，本文提出了一种可以模拟层流扩散火焰扩展过程的新方法。
具体来说，本文从火焰形状分析和气体温度场等几个方面，建立了模型中不同变量之间的数学关系。
其次，本文着重研究了不同的燃烧室结构所导致的火焰传播规律的变化。
这里，本文将火焰依据火焰传播的特性分类：向上燃烧和向下燃烧。
两类火焰均受到结构形状和温度分布的影响，本文从数据分析和模拟结果得出结论，即不同结构形状会引起火焰传播规律的显著变化。
最后，本文研究了风场对层流扩散火焰的影响，并对各种影响因素进行了综合分析。
结果表明，风场的存在会对火焰扩展的规律产生一定的影响，但是这种影响不致使火焰发生显著的变化。
综上所述，本文提出了一种新的层流扩散火焰面建库模型，并从不同角度对其进行了研究。
该模型能够较为准确地表征火焰扩展的规律，并为进一步研究火力发电厂火焰传播和控制奠定了坚实的基础。
燃烧理论第四讲火焰传播理论
燃烧理论第四讲火焰 传播理论
目 录
• 火焰传播概述 • 火焰传播的基本理论 • 火焰传播的实验研究 • 火焰传播在燃烧科学中的应用 • 总结与展望
01
火焰传播概述
火焰传播的定义
火焰传播
火焰在可燃气体中传播蔓延的过程， 是燃烧学中的重要概念。
火焰传播速度
火焰传播的物理化学过程
火焰传播的本质是化学反应释放的热 量推动可燃气体加热和膨胀，形成火 焰前锋，并不断向未燃区域传播。
火焰传播理论在燃烧科学中的重要性
火焰传播是燃烧过程中的核心现象，对燃烧效率和污染物排放有重要影响。
火焰传播理论为燃烧设备的优化设计和控制提供了理论基础，有助于提高 燃烧效率并降低污染物排放。
火焰传播理论对于燃烧科学的发展具有重要意义，是燃烧科学领域的重要 研究方向之一。
未来火焰传播理论的研究方向与挑战
燃烧科学中的火焰传播研究展望
火焰传播研究的重要性和挑战
火焰传播是燃烧过程中的关键环节，对燃烧效率和污染物排放具有重要影响。然而，火 焰传播机制和影响因素的复杂性给研究带来了一定的挑战。未来研究需要进一步深入探 讨火焰传播的微观机制和多尺度相互作用，为燃烧科学的发展提供更深入的理论基础。
火焰传播研究的发展趋势
火焰传播的热力学基础
1 2 3
燃烧热与热力学第一定律
火焰传播过程中伴随着能量的转化与传递，燃烧 热是燃烧反应释放的能量，热力学第一定律用于 描述能量守恒。
热力学第二定律与熵增原理
火焰传播过程中熵增原理表明反应自发向熵增加 的方向进行，热力学第二定律用于判断反应是否 自发进行。
燃烧温度与热力学平衡态
随着实验技术和数值模拟方法的不断进步，未来火焰传播研究将更加注重多学科交叉和 跨尺度研究。同时，随着环保意识的提高，研究将更加关注清洁燃烧和低排放燃烧技术， 探索更高效的燃烧方式和污染物控制策略。此外，新兴技术的应用也为火焰传播研究提
目 录
• 火焰传播概述 • 火焰传播的基本理论 • 火焰传播的实验研究 • 火焰传播在燃烧科学中的应用 • 总结与展望
01
火焰传播概述
火焰传播的定义
火焰传播
火焰在可燃气体中传播蔓延的过程， 是燃烧学中的重要概念。
火焰传播速度
火焰传播的物理化学过程
火焰传播的本质是化学反应释放的热 量推动可燃气体加热和膨胀，形成火 焰前锋，并不断向未燃区域传播。
火焰传播理论在燃烧科学中的重要性
火焰传播是燃烧过程中的核心现象，对燃烧效率和污染物排放有重要影响。
火焰传播理论为燃烧设备的优化设计和控制提供了理论基础，有助于提高 燃烧效率并降低污染物排放。
火焰传播理论对于燃烧科学的发展具有重要意义，是燃烧科学领域的重要 研究方向之一。
未来火焰传播理论的研究方向与挑战
燃烧科学中的火焰传播研究展望
火焰传播研究的重要性和挑战
火焰传播是燃烧过程中的关键环节，对燃烧效率和污染物排放具有重要影响。然而，火 焰传播机制和影响因素的复杂性给研究带来了一定的挑战。未来研究需要进一步深入探 讨火焰传播的微观机制和多尺度相互作用，为燃烧科学的发展提供更深入的理论基础。
火焰传播研究的发展趋势
火焰传播的热力学基础
1 2 3
燃烧热与热力学第一定律
火焰传播过程中伴随着能量的转化与传递，燃烧 热是燃烧反应释放的能量，热力学第一定律用于 描述能量守恒。
热力学第二定律与熵增原理
火焰传播过程中熵增原理表明反应自发向熵增加 的方向进行，热力学第二定律用于判断反应是否 自发进行。
燃烧温度与热力学平衡态
随着实验技术和数值模拟方法的不断进步，未来火焰传播研究将更加注重多学科交叉和 跨尺度研究。同时，随着环保意识的提高，研究将更加关注清洁燃烧和低排放燃烧技术， 探索更高效的燃烧方式和污染物控制策略。此外，新兴技术的应用也为火焰传播研究提
燃烧学扩散燃烧及火焰讲课文档
将式(5-32)代人式(5-21)中并求解 m：
m 4r0 C pl n 10C L pT 1 T 0 D O 2C O 2 （5-33）
——直径为2r的油滴在燃烧时，从油滴表面上蒸发的油汽量，也就是它在单位时间
内在焰面中燃烧掉的燃油量。式中T1为火焰面上的温度，在所讨论的条件下 也就是理论燃烧温度。
小油滴之间的碰撞可能产生更小油滴或聚合成较大油滴，这些 油滴的综合体称为油束(spray)。
第十六页，共40页。
喷雾特性
燃料喷射到静止空气中的影像
第十七页，共40页。
空间轮廓(长度、宽度、喷射的锥角，输送的空气或氧气 的速度场等)；
喷射横截面上的液体分布；
雾化液体的液滴大小；
雾化液体液滴大小的均匀性。
喷油器
θ
L
B
第十八页，共40页。
1. 喷雾油束的空间形状
油束锥角(spray angle) —— 喷油嘴孔口处油束外包络
线的两条切线之间的夹角 s
Sitkei给出的经验公式：
s
3102dc l
0.3af
0.1Re0.7
增大喷射压差则流出
喷孔燃油流速增大，使Re
增加，造成 s 增大。
喷油器
θs
B
燃料浓度分布 ：
Cf Cfmexph2r2
第二十一页，共40页。
轴线上：
Cf
1 x
横截面径向上：
C f C fm ex h 2 r p 2
Cfm —— r=0处轴线上的燃料浓度值 h —— 常数，综合反映具体喷射过程的各种因素的影响，通过
试验来确定。
r
浓度分布特点：在横截面内燃料浓度沿径向分布服从正态分 布规律。在轴线上燃料浓度有最大值，随轴线方向距离的增
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
因此，下面得出的结论只在距离喷嘴出口下游一定 距离的地方，也就是隐核以外的地方才适用，因为 隐核内部轴向扩散起着较大的作用，不能忽略。
2020/11/21 Saturday
13
守恒定律方程
• 边界层方程：(第七章) • 质量守恒
vx 1 (vrr) 0. • 轴向动量守恒 x r r
vx
vx x
2020/11/21 Saturday
17
vx (r R,0) ve , vx (r R,0) 0, YF (r R,0) YF,e 1, YF (r R,0) 0.
Momentum flow issuing from the nozzle, Je
or
•
2
其中
0
e(r和,x)vve 2x分(别r,为x)喷rd管r口燃料ev的e2密R度2 ,和速度。
2020/11/21 Saturday
10
• 影响流场的是动量的对流和扩散，而影响燃料浓 度场的则是物质的对流和扩散，这两者具有一定 的类似性，因此燃料的质量分数Yf(r, x)和无量纲 速度vx(r, x) / ve也应该具有类似的分布规律。
2020/11/21 Saturday
6
内容
• 未燃常密度层流射流 • 射流火焰的物理描述 • Burke-Schumann简化理论描述 • 圆口和狭缝烧嘴的火焰长度 • Soot 形成及氧化分解 • 对吹火焰的介绍
2020/11/21 Saturday
7
1.未反应常密度层流射流 Nonreacting Jet
• 和初始射流动量类似，从喷嘴流入的燃料质量也 是守恒的，即：
2 (r, x)vx (r, x)YF (r, x)rdr eveR2YF,e ,
0
Q-1：有反应存在的时候，还守恒吗？
想想混合物分数物理意义？
2020/11/21 Saturday
11
• 现在需要确定的就是速度场和燃料质量分数场的具体分布。
• 在整个流场里面，初始的射流动量是守恒的。当燃 料流向周围的空气时，它的一部分动量就传给了空 气，因此燃料的速度减小；同时在流场中越往下游， 进入射流区域里的空气量就越多。这可以用动量守 恒的积分表达式来表示：
2020/11/21 Saturday
Momentum flow of the jet at any x, J
2020/11/21 Saturday
12
假设
1、射流和周围流体的摩尔质量相等。有了这个假设， 加上理想气体性质，并设流场内压力和温度都是常 数，那么整个流场内流体的密度也就是常数。Q-2？
2、物质之间的扩散为遵从费克定律的简单二元扩散。 3、动量和组分的扩散率都是常数，且相等，即施密特
数（Sc =γ/D）等于1。 4、只考虑物质的径向动量扩散，忽略轴向扩散。
Robert H. Goddard——现代火箭之父
B.S. Worcester Polytechnic Institute,1908
Ph.D, M.A., Clark University ,1912
1926年，在马萨诸塞州冰雪覆盖的草原上，戈达德 发射了人类历史上第一枚液体火箭(液氧和汽油)。火 箭长约3.4米，发射时重量为4.6公斤。飞行延续了约 2.5秒，最大高度为12.5米，飞行距离为56米。
• 物理描述: 燃料射入氧化剂中 • 可通过其了解基本的流动和混合过程 • 图 9.1 显示了燃料射流的基本特征
Note: vx,0-x, nth order
中心线
2020/11/21 Saturday
8
• 火焰势核(potential core)：速度和燃料的质量分数不 变且处处相等。从该核到射流边界，速度与燃料浓度 均单调递减到0。在势核(隐核)之外，(x>xc)，粘性剪 切力和质量扩散在整个射流区域内都起作用。
Jet flamurday
Bunsen outer flame
5
预混火焰和非预混燃烧的区别
预混火焰 m[T
]TT
Tb Tu
k cp
[ dT dx
]dT dT
d 0 d 0
hc cp
mFdx
Q-1
非预混火焰
The structure of nonpremixed flame consists of three zones, with a reaction zone separating a fuel-rich zone and oxidizer-rich zone. C. K. Law, Combustion physics, 2006
燃烧理论
九 层流非预混扩散火焰 Nonpremixed Diffusonal
第一讲
2020/11/21 Saturday
3
"It has often proved true that the dream of yesterday is the hope of today, and the reality of tomorrow."
vr
vx r
v1 r
r
(r vx ). r
2020/11/21 Saturday
14
• 组分守恒: 针对燃料射流
• 由于v组x 分只Yx有F 燃料v和r 氧化Yr剂F 两种D，所1r以两r者(的r质量Yr分F 数).相加应 该为1。
YOX 1 YF
2020/11/21 Saturday
15
边界条件
• 为了求解未知的 vx(r,x), vr(r,x), YF(r,x)
• 在轴线上：(r=0)
vr (0, x) 0 vx (0, x) 0 r YF (0, x) 0 r
2020/11/21 Saturday
r=0
r=
16
• 在径向无穷远处(r )，流体速度为0，且没有燃料：
• 在射流出口，(x=0)，v假x 设(喷,嘴x内) 部（0r ≤ R）的轴向速度和燃料质 量分数都相等，而在Y喷F嘴(外部, x其)值均0为零，即：
普林斯顿大学 R. H. Goddard讲座教授
R. H. Goddard
中国也2201有20/这11类/ Scientist——陆家羲！！！
Saturday
F. A. Williams
C. K. Law
4
背景(Backgrounds)
• 燃料的射流火焰； • 蜡烛的火焰； • 本生灯的外焰； • 碳烟(Soot)的形成； • NO2 和 CO 的形成； • 控制火焰尺寸和形状的工业设施。
2020/11/21 Saturday
13
守恒定律方程
• 边界层方程：(第七章) • 质量守恒
vx 1 (vrr) 0. • 轴向动量守恒 x r r
vx
vx x
2020/11/21 Saturday
17
vx (r R,0) ve , vx (r R,0) 0, YF (r R,0) YF,e 1, YF (r R,0) 0.
Momentum flow issuing from the nozzle, Je
or
•
2
其中
0
e(r和,x)vve 2x分(别r,为x)喷rd管r口燃料ev的e2密R度2 ,和速度。
2020/11/21 Saturday
10
• 影响流场的是动量的对流和扩散，而影响燃料浓 度场的则是物质的对流和扩散，这两者具有一定 的类似性，因此燃料的质量分数Yf(r, x)和无量纲 速度vx(r, x) / ve也应该具有类似的分布规律。
2020/11/21 Saturday
6
内容
• 未燃常密度层流射流 • 射流火焰的物理描述 • Burke-Schumann简化理论描述 • 圆口和狭缝烧嘴的火焰长度 • Soot 形成及氧化分解 • 对吹火焰的介绍
2020/11/21 Saturday
7
1.未反应常密度层流射流 Nonreacting Jet
• 和初始射流动量类似，从喷嘴流入的燃料质量也 是守恒的，即：
2 (r, x)vx (r, x)YF (r, x)rdr eveR2YF,e ,
0
Q-1：有反应存在的时候，还守恒吗？
想想混合物分数物理意义？
2020/11/21 Saturday
11
• 现在需要确定的就是速度场和燃料质量分数场的具体分布。
• 在整个流场里面，初始的射流动量是守恒的。当燃 料流向周围的空气时，它的一部分动量就传给了空 气，因此燃料的速度减小；同时在流场中越往下游， 进入射流区域里的空气量就越多。这可以用动量守 恒的积分表达式来表示：
2020/11/21 Saturday
Momentum flow of the jet at any x, J
2020/11/21 Saturday
12
假设
1、射流和周围流体的摩尔质量相等。有了这个假设， 加上理想气体性质，并设流场内压力和温度都是常 数，那么整个流场内流体的密度也就是常数。Q-2？
2、物质之间的扩散为遵从费克定律的简单二元扩散。 3、动量和组分的扩散率都是常数，且相等，即施密特
数（Sc =γ/D）等于1。 4、只考虑物质的径向动量扩散，忽略轴向扩散。
Robert H. Goddard——现代火箭之父
B.S. Worcester Polytechnic Institute,1908
Ph.D, M.A., Clark University ,1912
1926年，在马萨诸塞州冰雪覆盖的草原上，戈达德 发射了人类历史上第一枚液体火箭(液氧和汽油)。火 箭长约3.4米，发射时重量为4.6公斤。飞行延续了约 2.5秒，最大高度为12.5米，飞行距离为56米。
• 物理描述: 燃料射入氧化剂中 • 可通过其了解基本的流动和混合过程 • 图 9.1 显示了燃料射流的基本特征
Note: vx,0-x, nth order
中心线
2020/11/21 Saturday
8
• 火焰势核(potential core)：速度和燃料的质量分数不 变且处处相等。从该核到射流边界，速度与燃料浓度 均单调递减到0。在势核(隐核)之外，(x>xc)，粘性剪 切力和质量扩散在整个射流区域内都起作用。
Jet flamurday
Bunsen outer flame
5
预混火焰和非预混燃烧的区别
预混火焰 m[T
]TT
Tb Tu
k cp
[ dT dx
]dT dT
d 0 d 0
hc cp
mFdx
Q-1
非预混火焰
The structure of nonpremixed flame consists of three zones, with a reaction zone separating a fuel-rich zone and oxidizer-rich zone. C. K. Law, Combustion physics, 2006
燃烧理论
九 层流非预混扩散火焰 Nonpremixed Diffusonal
第一讲
2020/11/21 Saturday
3
"It has often proved true that the dream of yesterday is the hope of today, and the reality of tomorrow."
vr
vx r
v1 r
r
(r vx ). r
2020/11/21 Saturday
14
• 组分守恒: 针对燃料射流
• 由于v组x 分只Yx有F 燃料v和r 氧化Yr剂F 两种D，所1r以两r者(的r质量Yr分F 数).相加应 该为1。
YOX 1 YF
2020/11/21 Saturday
15
边界条件
• 为了求解未知的 vx(r,x), vr(r,x), YF(r,x)
• 在轴线上：(r=0)
vr (0, x) 0 vx (0, x) 0 r YF (0, x) 0 r
2020/11/21 Saturday
r=0
r=
16
• 在径向无穷远处(r )，流体速度为0，且没有燃料：
• 在射流出口，(x=0)，v假x 设(喷,嘴x内) 部（0r ≤ R）的轴向速度和燃料质 量分数都相等，而在Y喷F嘴(外部, x其)值均0为零，即：
普林斯顿大学 R. H. Goddard讲座教授
R. H. Goddard
中国也2201有20/这11类/ Scientist——陆家羲！！！
Saturday
F. A. Williams
C. K. Law
4
背景(Backgrounds)
• 燃料的射流火焰； • 蜡烛的火焰； • 本生灯的外焰； • 碳烟(Soot)的形成； • NO2 和 CO 的形成； • 控制火焰尺寸和形状的工业设施。