高等燃燒學-3燃燒物理學基礎

1、 Institute of Energy and Environment, Chongqing University Chongqing 40044, P. R. CHINA E-mail: 輸運定律n多組分氣體基本參數的定義n射流理論- 直流自由射流- 旋轉射流n氣固多相流理論第2章 燃燒物理學基礎2.1引言燃燒物理學涉及的內容 Institute of Energy and Environment, Chongqing University Chongqing 40044, P. R. CHINA E-mail: 質量密度 ( )li

2、mVPm ttV 如果氣體中共有N種組分，每一種組分用s來表示，那么P點處組分的質量密度為： ( )( )limssVPm ttV N1sstt2.2 多組氣體基本參量多組氣體基本參量一、密度 Institute of Energy and Environment, Chongqing University Chongqing 40044, P. R. CHINA E-mail: 分的質量相對濃度，或稱為質量百分比濃度ssf多組分氣體中組分的摩爾相對濃度，或者說是摩爾百分比濃度 ssCxCsssMfxM一、密度 Institute of Energy and Env

3、ironment, Chongqing University Chongqing 40044, P. R. CHINA E-mail: 果多組分氣體各組的分子量相差不多或者其中一組分的濃度大大大于其他所有組分的濃度sMMssxf一、密度 Institute of Energy and Environment, Chongqing University Chongqing 40044, P. R. CHINA E-mail: 假定有一種靜止的等溫度流體B，從它的一邊滲入另一種流體A，而在另一邊將流體A滲出。n在B中不同的層上，A的濃度不同。

4、由于濃度差存在，將產生擴散。在單位時間內、單位面積上流體A擴散造成的物質流與在B中流體A的濃度梯度成正比，即： AAABJDy 圖 費克擴散定律示意圖二、擴散定律 Institute of Energy and Environment, Chongqing University Chongqing 40044, P. R. CHINA E-mail: 在考慮兩種組分以上的多組分混合物的擴散問題時，常常把考慮的組分當作一種組分，而把組分以外的所有組分作為另一種組分，這樣近似地處理為雙組分擴散問題，那么擴散方程可以寫為： sssJDy 二、擴散定律 Institute

5、of Energy and Environment, Chongqing University Chongqing 40044, P. R. CHINA E-mail: 假定把混合物看作理想氣體，還可以把擴散方程表示成分壓力梯度或質量百分數的形式，即： sssMpJDRTy sssfJDy 二、擴散定律 Institute of Energy and Environment, Chongqing University Chongqing 40044, P. R. CHINA E-mail: 也可以把擴散方程表示為馬克斯韋爾-斯蒂芬（Max

6、well-Stefan）的形式 lnsssJDfy lnssVDfy 二、擴散定律 Institute of Energy and Environment, Chongqing University Chongqing 40044, P. R. CHINA E-mail: 在多組分混合物中，通過一個微元表面，各組分擴散的物質流之和為零 0ssssssssJgfgfgg 0sssV 二、擴散定律 Institute of Energy and Environment, Chongqing University Chongqing 40044, P. R. CHINA

7、E-mail: 多組分氣體的導熱問題不同于單組分氣體的導熱定律所描述的那樣，它除了由于溫度梯度所造成的熱流之外，還應當有擴散的物質流所攜帶的焓值。即對普通的傅立葉導熱定律應進行修正，而成為修正的傅立葉導熱定律 ssssTqf V hy 其中：,0Tso sp shhCdT包括顯焓和生成焓（即化學焓）兩部分 二、擴散定律 Institute of Energy and Environment, Chongqing University Chongqing 40044, P. R. CHINA E-mail: r/pv aCSc/v DDLe

8、Pr/Sc/D a普朗特數斯密特數劉易斯數三、三個重要的無量綱數 Institute of Energy and Environment, Chongqing University Chongqing 40044, P. R. CHINA E-mail: 組分的守恒關系- 由于多組分氣體宏觀流動從微元體帶走的組分的量，加上由于擴散運動組分擴散出去的量，再加上由于化學反應消耗掉的組分的量，應該等于同一時間內，微元體內組分物質質量的減少。 圖4-3 微元體各面上應力分析四、擴散方程 Institute of Energy and Environment, Chongqi

9、ng University Chongqing 40044, P. R. CHINA E-mail: x方向上由于流動造成的組分從微元體的凈流出量sufx y z tx nx方向上由于擴散造成的組分從微元體的凈流出量 ssfDx y z txx 圖4-3 微元體各面上應力分析四、擴散方程 Institute of Energy and Environment, Chongqing University Chongqing 40044, P. R. CHINA E-mail: 在y方向和z方向由于流動和擴散而造成的凈物質流量 sfx y z

10、 ty sfx y z tz ssfDx y z tyy ssfDx y z tzz 四、擴散方程 Institute of Energy and Environment, Chongqing University Chongqing 40044, P. R. CHINA E-mail: 在同一時間內，微元體內由于化學反應使得s組分的生成或消耗為w，n同一時間內微元體內s組分的質量隨時間的變化 sfx y z tt 四、擴散方程ssssfuffftxyzsssssssfffDDDxxyyzz Institute of Energy and Environment,

11、Chongqing University Chongqing 40044, P. R. CHINA E-mail: 應用連續(xù)性方程ssssffffutxyzsssssssfffDDDxxyyzz四、擴散方程 Institute of Energy and Environment, Chongqing University Chongqing 40044, P. R. CHINA E-mail: 對于定常情況 sssfffuxyzsssssssfffDDDxxyyzz四、擴散方程 Institute of Energy and Enviro

12、nment, Chongqing University Chongqing 40044, P. R. CHINA E-mail: 、什么是射流？n燃料燃燒過程中，燃料、氧及燃燒生成物通常以較高的速度進行流動，這些物質存在速度梯度，溫度梯度和濃度梯度。于是在流動過程中進行化學反應，同時進行動量交換、能量交換和質量交換.2.4射流特性 Institute of Energy and Environment, Chongqing University Chongqing 40044, P. R. CHINA E-mail: 、射流的定義及分類n

13、高速噴出的流體為射流- 在研究燃燒問題時，不可回避射流問題- 射流研究建立在流體力學和傳熱、傳質學基礎上n射流分類均勻非均勻 單股多股單相多相層流湍流直流旋流等溫不等溫自由受限 Institute of Energy and Environment, Chongqing University Chongqing 40044, P. R. CHINA E-mail: 、直流自由射流n有關射流定義：射流不受固體壁限制，噴向無限大空間，而且射流與周圍介質具有相同的物理屬性，又稱自由淹沒射流：射流不旋轉，切向速度為零：射流溫度梯度不變化 Institute of Energ

14、y and Environment, Chongqing University Chongqing 40044, P. R. CHINA E-mail: 、直流自由射流n直流自由射流特性- 等溫直流自由射流的速度場初始段基本段過渡截面核心區(qū)外邊界極點 Institute of Energy and Environment, Chongqing University Chongqing 40044, P. R. CHINA E-mail: 、直流自由射流- 射流不斷與周圍進行質量、動量和能量交換，射流越來越寬，速度越來越低：射流軸線速度仍保

15、持初始速度的區(qū)段：射流初始段以后的射流區(qū)段，軸線速度隨著射流發(fā)展逐漸減小：射流初始段和射流基本段的分界面：射流速度保持初速度的區(qū)域，圓錐形：射流外側速度為零點的包絡線：速度等于出口速度與速度小于出口速度的射流的分界面：射流核心區(qū)以外，外邊界以內的區(qū)域：射流外邊界延長線的交點 Institute of Energy and Environment, Chongqing University Chongqing 40044, P. R. CHINA E-mail: 始段基本段過渡截面核心區(qū)外邊界極點軸心速度x0h0流量動量壓力三、直流自由射流 Institute of

16、Energy and Environment, Chongqing University Chongqing 40044, P. R. CHINA E-mail: 定義軸向速度usx，徑向速度usy，研究發(fā)現usyusx因此一般只考慮軸向速度，簡寫為usn基本段不同截面處(即距離為x),沿寬度y的分布具有相似性x1x2x3usyus/usmy/y0.5三、直流自由射流 Institute of Energy and Environment, Chongqing University Chongqing 40044, P. R. CHINA E-mail: ，023-

17、65103114n經驗表明，不同截面的無因次速度在一條直線上，由此可見，在射流基本段上，各截面上速度分布具有相似性，與Re無關，稱為自由射流的自模性29. 097. 010025 . 1Rasuuyyuussmbsms經驗公式射流軸線上速度變化上式中三、直流自由射流 Institute of Energy and Environment, Chongqing University Chongqing 40044, P. R. CHINA E-mail: 中us某點處射流軸向速度usm某點對應的軸線處射流軸向速度us0射流核心區(qū)軸向速度y某點距射流軸線距離yb某點所在

18、截面射流邊界半徑無量綱距離a為經驗系數 a=0.070.076，對軸對稱湍流射流a=0.10.12，對矩形噴口湍流平面射流三、直流自由射流 Institute of Energy and Environment, Chongqing University Chongqing 40044, P. R. CHINA E-mail: 射流基本段濃度分布5 . 12100129. 07 . 0bsmsmmyyuuffffRasffff對圓形射流某截面上的濃度分布fm射流中心線上的介質濃度yb射流邊界半徑f0射流介質濃度初始值y射流某點到軸線距離f射流無窮遠處介質濃度R0噴口半徑f某截面上某點處介質射流濃度三、直流自由射流 Institute of Energy and Environment, Chongqing University Chongqing 40044, P. R. CHINA E-mail: 、旋轉射流n旋轉射流有三個方向分速度- 軸向速度- 切向速度-