燃烧学-6

r rf Yox YF 0 这一方程组只能用数值 法求解
湍流射流扩散火焰(续1)
引入Zeldovich转换, 不用求解方程, 能证明扩散火焰温度是绝 热燃烧温度 Y Yox YF Z c p T YoxQ ox
Y v Y 1 ( r T Y ) u x r r r c p r Z v Z 1 ( r T Z ) u x r r r c p r Y Y2 Z Z2 ( x / R , r / R ) Y1 Y2 Z1 Z 2
湍流燃烧简介-(4)火焰稳定
热燃烧产物的回流可以稳定火焰（维持火焰不灭） 钝体，突扩台阶，凹槽，拐弯，逆向射流，同向射流都可以 产生回流区 回流区长度正比于钝体宽度或直径 有燃烧时中心回流区增长，边角回流区缩短 实验结果及其近似表达式是
u /(D 0.85p 0.95 ) f () u /(Dp) f ()
第六章 湍流燃烧简介-(1)研究背景
实际的火焰都是湍流的 燃烧强度(火焰长度)和火焰稳定是两个重要问题 研究目的是提高火焰稳定性和燃烧强度(缩短火焰长度) 湍流扩散火焰长度和来流速度无关 湍流预混火焰长度比层流预混火焰的短, 受速度影响弱, 火焰 厚,有噪音 钝体后方闭式湍流预混火焰扩张角随x增加而变小 加栅网增大湍流使火焰缩短 高速时火焰张角不随混合比和来流速度变化 湍流的特征有湍流强度, 湍流尺度和频率等, 只有两个独立变 量
(4)火焰稳定(续1)Zukosky-Marble模 型
热燃烧产物的回流点燃—xi>L 点燃失败, 即灭火
X X i处 （ T ) 2 y （ T )1 T ) 2 （
y y 2Q s Tm w s dT T T

T ) Tm T Tm T （ 1 y b c1x u m u c 2 m c p xu b
Yቤተ መጻሕፍቲ ባይዱx 4) Yox
Yox ;
10
Yox Yox
L f ~ 1 / Yox
湍流燃烧简介-(3)湍流预混火焰-Damkohler-Shelkin皱折的层流火焰模型 湍流火焰由微元层流火焰面构成，微元层流火焰仍以Sl传播 湍流火焰是皱折了的层流火焰 湍流增大了火焰面积，从而增大了火焰传播速度或燃烧速率 湍流燃烧速率受湍流和反应动力学二者的影响，湍流影响更大 湍流火焰长度受来流速度，湍流度和反应动力学三者影响
火焰位置 火焰长度 L f / R f ( f ) 最简单的是线性关系 L f R (a
Yox b) Yox
( x / R ) f ( x / R ) f [ f , ( r / R ) f ] ( x / R )f Lf / R rf / R 0
L f / R af b 实验给出 4 L f R (10 Lf ~ R
r r T 1 r r r
Y 1 ( rDT s ) w s
w s Qs
T D T T /(c p) r r1 r r2
u u1; T T1; Yox 0; YF 1 u u 2 ; T T2 ; Yox Yox ; YF 0
火焰面处 火焰温度
c p ( Tf T2 ) Yox Q ox Yox f Yox Yox Q ox Yox Q ox Tf T2 c p (1 Yox / )
湍流射流扩散火焰(续2)
不用求解方程, 由一般分析可以证明湍流扩散火焰长度只和 管口半径及环境氧浓度有关, 和速度以及其它因素无关 火焰长度正比于管口半径 火焰长度大致和环境氧浓度成反比
T m c p T m c p u l m c p l 2
(Tm T ) 2
2 c1 x 2
Tm 2Q s w s dT c 2 m c p xu T

x i c3u (T / Tm )c p (Tm T ) /(Qs x i c 4 u (T / Tm )a /(Sl ) 2
湍流燃烧简介-(2)湍流射流扩散火焰
基本方程
r u u v u x r Ys Y u v s x r uc p T vcp x x
(ur ) (vr) 0
1 r r
( r T u )
r r ( r T T ) r cx 2 u r
2 f 2 l
a /(c p) Pef Sl D / a
Red u D / Red 1.45Pe
2 l 2 f n 1
和实验结果对照给出 u ~ S / a u ~ p ; u /(Dp) f ( )
2
T
Tm

w s dT )
(4)火焰稳定(续2) Zukosky-Marble模型
x i L c5 D D / u c6 (T / Tm )a / S 定义 Ped u D / a 得到Ped c7 Pef2 Red c8 Pef2 Pe 1.05Pe u ~ D
ST F Sl Fl ST Sl Fl / F Fl / F f (comb / T ) comb / T (l / Sl ) /(l / u) u / Sl ST AS1 n un l 本生灯火焰实验结果给 出 A 5.3 n 0.67 L Ru / ST Ru /(AS0.33u0.67 ) Ru 0.33 0.67 /(AS0.33) l l Fl / F f (u / Sl ) A(u / Sl ) n
湍流燃烧简介-(3)湍流预混火焰（续）
Summerfield-Shetinkov容积燃烧模型 对皱折火焰面模型曾有怀疑：强烈湍流混合下是否 存在微元层流火焰面 上述模型假设湍流微团中或者是新鲜混合物，或者 是燃烧产物，无中间状态，湍流对燃烧的影响是运 动学的方式 容积燃烧模型认为湍流通过混合影响燃烧 反应和湍流混合同时发生 不同的湍流微团有不同的温度，浓度和反应率 湍流通过强化混合提高燃烧率