燃烧学课件第五章1

燃烧学

WangChunhua(王春华)chunhua07@LiaoningShihuaUniversity辽宁石油化工大学

第5章气体燃料的燃烧5.1气体燃料燃烧原理及特点5.2预混气体中的火焰传播5.3层流火焰传播速度理论5.4层流火焰传播速度与预混气体物理化学参数的关系5.5湍流预混气流中火焰的传播5.6可燃混合气的物理化学性质对湍流火焰传播的影响25.1气体燃料燃烧原理及特点均相燃烧燃烧过程三阶段燃气与空气的混合阶段混合后可燃气体混合物的加热与着火阶段完成燃烧化学反应阶段燃烧方式预混燃烧（无焰燃烧）：在燃烧前将燃料与空气按一定比例(α>=1)首先均匀混合成可燃混合气，然后通过燃烧器喷嘴喷出进行燃烧。扩散燃烧（有焰燃烧）：在燃烧时将燃料和空气分别从喷嘴的两个相邻喷口喷出(图4—1)，在两者接触界面上边混合边燃烧。3半预混燃烧（大气式燃烧）：在气体燃料中先混合少量的空气，形成富燃料的可燃混合气，然后富燃料的可燃混合气再从燃烧器的喷嘴喷向大气做一定程度的扩散燃烧。456预混燃烧的特点燃烧速度快，完全取决于燃料氧化化学反应的进行速度，通常称此类燃烧方式为动力燃烧，能在较少的过量空气系数下(通常1.05-1.10)达到完全燃烧燃烧温度高，容积热强度大，比有焰燃烧大100-10000倍高温区较集中无碳黑空气和燃料的预热温度不能超过混合气体的着火温度为防止回火和爆炸，燃烧器能力不能太大7扩散燃烧的特点燃烧速度主要取决于燃料与空气的混合速度，与可燃气体的物化性质有关。燃烧速度较预混燃烧慢、燃烧温度低、火焰长、燃烧强度低、易产生不完全燃烧燃烧器能力范围较大火焰稳定性较好，无回火有碳黑允许燃料和空气预热到较高的温度而不受着火温度的限制。无火焰传播现象8燃烧过程两个阶段：着火阶段、燃烧阶段着火的定义着火过程是一种典型的受化学动力学控制的燃烧现象。着火过程：燃料与氧化剂分子混合后，从开始发生化学反应，反应加速，温度升高达到激烈的燃烧反应之前的一段过程。5.2预混可燃气体的着火和燃烧一、预混可燃气体的着火自然界中燃料的着火方式

自燃着火（自燃）

强迫着火（点燃或点火）预混可燃气体由于自身温度的升高而导致化学反应速度自行加速所引起的着火——整体加热预混可燃气体内的某一处用点火热源点着相邻一层混合气，尔后燃烧波自动的传播到混合气的其余部分。——局部加热自燃和点燃过程统称之为着火过程。

自燃着火机理主要包括两种

热自燃机理——由于系统内热量的积累，反应

物温度不断升高，反应加快，直到着火，可用阿累尼乌斯定律和质量作用定律解释。

链锁自燃机理——链的分枝使得活性中心迅速

增值，反应不断加快，直到着火。实际燃烧过程中，不可能是纯粹的热自燃或链锁自燃存在，事实上，它们是同时存在而且是相互促进的。一般来说，在高温下，热自燃是着火的主要原因，而在低温时则分枝链反应是着火的主要原因。1热自燃理论（谢苗诺夫热力着火理论）热自燃过程分析

放热和散热过程着火是反应放热因素和散热因素相互作用的结果。放热>散热：着火成功；放热<散热：着火失败。

有一体积和表面积分别为V(m3)和A(m2)的容器，其中充满有化学均匀可燃气体混合物，其分子浓度为CA0(1/m3)，容器的壁温为T0(K)，单位容积内反应的热效应为q，容器内的可燃气体混合物正以速度w(1/m3s)在进行反应，化学反应后所放出的热量，一部分加热了气体混合物，使反应系统的温度提高，另一部分则通过容器壁而传给周围环境。目标：求出放热速率Q1、散热速率Q2的数学表达式，做出Q1、Q2随温度T的变化曲线，然后分析容器内的放热和散热与温度T的关系，分析热自燃过程。（1）热自燃温度或着火温度假设：容器V内各处的混合物浓度及温度都相同。在反应过程中，容器内各处的反应速度都相同。容器的壁温T0及外界环境的温度，在反应过程中保持不变。由反应系统向容器壁的传热系数为α，且不随温度变化单位容积内反应的热效应q为常数。在着火温度附近，由于反应所引起的可燃气体混合物浓度的改变是略而不计的。

数学模型反应放热速率（1）

据化学动力学知识：

其中，n为可燃混合气总体反应的反应级数。（2）

(2)代入(1)，容器内可燃混合气化学反应的放热速率Q1为：（3）

式中——散热系数；

——可燃混合气温度（是变量）；

——容器壁温，假设=常数。（4）

容器壁的散热速率Q2为：

（1）不同散热条件对着火的影响（2）不同壁温T0对着火的影响（3）不同放热对着火的影响可燃混合物的着火温度不仅由可燃混合物的性质来决定，也与周围介质的环境温度、换热条件、容器的形状和尺寸有关。着火温度求解着火临界点B：（1）反应的放热速率与向环境介质的散热率相等；（2）放热率与散热率对温度的导数值相等。着火临界条件的数学描述：（放热速率与散热率相等）（放热率与散热率对温度的导数值相等）

TB对应的自燃温度为T0，解得TB：化简得：得到着火的条件：物理意义：可燃混合气的温度如比容器壁过热时，即时，将发生热自燃；反之，如时，则不会引起热自燃。

（2）热自燃的感应期概念：由T0自动升高到着火温度TB需要一定的时间，这段着火前的自动加热时间称为热自燃感应期或着火延迟期。计算式：结论：着火延迟期随混合气压力和自燃温度的升高而缩短。因此，在燃烧室内提高混合气的压力和温度都会缩短燃烧自燃的着火延迟期，从而有利于混合气的着火。内容理论认为，使反应加速并不一定要靠热量积累，也可以通过链锁分支反应而迅速增值活化中心来促使反应不断加速直至爆燃着火。链锁分支反应的发展条件（连锁自燃着火条件）链锁反应的速度是否得以增长直至爆炸，取决于活化中心浓度的增大速度。212链锁自燃理论活性中心浓度的变化速度：活化中心浓度的变化速度链引发中心的形成速度因链的分支而形成活性中心的速度因链中断造成的活性中心毁灭的速度=+－f——分枝反应速度常数

g——断链速度常数

φ——链锁分枝的实际速度常数（f、g分别与温度，活化能以及其他因素有关）温度对链锁分支反应速度的影响在低温时，由于链的分枝速度很缓慢，而链的中断速度却很快，f<g，φ<0；随着温度的增高，链的分枝速度不断增加而中断速度却几乎没有改变；当温度增加到某一数值时，刚好使链的分枝速度等于其中断速度，即f=g或φ=0，则此时活化中心浓度和反应速度均以直线规律随时间增长,反应是不会引起自燃的；温度继续增加，链的分枝速度大于其中断速度，即f>g或φ>0，活化中心浓度迅速增大，引起自燃。把f=g时所对应的预混可燃气体的温度称为链锁自燃温度。着火半岛现象实验表明：对于一定的混合气，在一定的温度下，链的分枝速度常数f几乎和压力无关，可认为是定值，链的中断速度常数g却与压力有关着火低界限着火高界限第三界限3点燃理论强迫着火过程用炽热的高温物体、高温气体、小火焰或电火花等使混合气的一小部分着火，形成局部的火焰核心；然后这个火焰核心再把邻近的混合气点燃。这样逐层依次地引起火焰的传播从而使整个混合气燃烧起来。点燃和自燃的区别点燃促使化学反应加速在混合气的局部（火源附近）进行，自燃在整个预混可燃气体内进行。点燃温度一般要比自燃温度高得多；预混可燃气体能否点燃不仅取决于炽热气体附面层内局部预混气体能否着火，而且取决于火焰能否在混合气中传播，故点燃过程要比自燃过程复杂得多，它包括局部地区的着火和火焰的传播。常用点燃方法

炽热物体点燃常用金属板、柱、丝或球作为电阻，通以电流使其炽热；亦有用热辐射加热耐火砖或陶瓷棒等形成各种炽热物体在可燃混合气中进行点火。电火花或电弧点燃利用两只电极的空隙间高电压放电产生的电火花作为点火热源，使部分可燃气着火。工程上常用于流速较低、易燃的混合气中，如一般的汽油发动机。火焰点火将易燃物或易燃的可燃气点燃，形成一股稳定的小火焰，并依此作为点火源去点燃难着火的混合气流。常用于锅炉、燃气轮机燃烧室中的点火。最大优点就在于具有较大的点火能量。压缩点燃如柴油机，利用活塞的行程将空气压缩到很高的压力，使温度超过燃料本身的自燃温度，然后喷入雾化液体燃料。高温气体点燃利用高温易燃的烟气回流，在回流区内加热喷入炉内的可燃气体，使其着火。基本原理：使混合气的局部受到外来的热作用而使之着火燃烧。点燃理论对于不可燃气体，当有炽热物体靠近时，只带来边界处温升，没有燃烧放热带来的温升；对于可燃气体，当有炽热物体靠近时，既有温差带来的温升，又有燃烧带来的温升；靠近壁面处，Tw=T，反应快，放热多，温升大；远离壁面处：传热少，温升小；温度低，燃烧反应慢，温升小。4着火浓度界限混合比对最小点火能的影响

点火存在着一定的浓度界限和压力极限。影响着火界限的因素压力和浓度在一定的压力和温度下，可燃混合气存在一定的着火浓度界限，超过这一范围，混合气不能着火。当压力和温度下降时，着火浓度范围缩小，当压力和温度下降超过某一数值时，任何浓度的混合气均不能着火。温度提高可燃混合气的初始温度，对大多数可燃混合气而言，可使着火浓度界限变宽。温度对着火界限的影响主要反映在上限，对下限影响不大。流速在其他条件相同时，流速越大，着火范围越小，也越不容易被点燃。实验表明，当可燃混合气组成接近化学当量比时，可以被点燃的速度最大。掺杂物当可燃混合气中掺入一定量的不可燃气体后，着火范围将变窄。如掺入过多，则无法点燃。二、预混可燃气体的燃烧32典型预混合燃烧装置

1预混合气燃烧过程

某一局部区域首先着火,依靠火焰面的热量使邻近的预混合气引燃，逐渐把燃烧扩展到整个混合气范围。在它的前方是未燃的混合气，而在它的后方是已燃的燃烧产物。随时间推移，火焰面在预混合气中不断向前扩展，呈现出火焰传播的现象。火焰的传播定义当采用电火花或某一炽热物体使可燃混合气某一局部着火，形成一个薄层火焰面，则火焰面所产生的热量将加热邻近较冷的混合气层，使其温度升高着火燃烧。这样一层一层地着火、把燃烧逐渐扩展到整个混合气，这种现象就称为火焰的传播。特点燃烧化学反应不是在整个混合气内同时同时发生，而是集中在火焰面内并逐层进行。分类

层流火焰传播和湍流火焰传播342火焰及其特征和分类火焰的定义火焰是在气相状态下发生的燃烧的外部表现。火焰的特征具有发热、发光特征；具有电离特性；具有自行传播的特性。3层流预混火焰传播火焰前锋

静止的预混气体用电火花或炽热物体局部点燃后，火焰就会向四周传播开来，形成一个球形火焰面。在火焰面的前面是未燃的预混气体，在其后面则是温度很高的已燃气体——燃烧产物。它们的分界面是薄薄的—层火焰面，在其中进行着强烈的燃烧化学反应，同时发出光和热。它与邻近地区之间存在着很大的温度梯度与浓度梯度。这薄薄一层火焰面(一般在1mm以下)统称为“火焰前锋”或“火焰波前”或“火焰波”或“燃烧前沿”。3637火焰（正常）传播速度火焰前锋在其表面的法线方向上相对于新鲜混合气的移动速度称做“火焰传播速度”

设火焰面在其法线方向上的移动速度为vn，新鲜混合气在同一法线方向上的流动速度w，则火焰传播速度为火焰前锋相对管壁的相对位移有三种可能情况

火焰前锋向气流上游方向移动；

火焰前锋向气流下游方向移动；

火焰前锋驻定不动。3839SLω点火器火焰面层流火焰传播理论热力理论火焰中化学反应主要是由于热量的导入使分子热活化而引起的，所以化学反应区(火焰前锋)在空间中的移动将决定于从反应区向新鲜预混气体传热的导热率。热力理论并不否认火焰中有活化中心存在和扩散．但认为在一般燃烧过程中活化中心对化学反应速度的影响不是主要的。扩散理论火焰中的化学反应主要是由于活化中心向新鲜预混气体分散，促进其链锁反应发展所致。40火焰前锋特点区域很窄温度和浓度变化很大化学反应区或燃烧区反应速度、温度和活化中心的浓度最大将未燃气体与燃烧产物隔离开41火焰传播速度推导从上式可看出：SL与预混可燃气体的热扩散系数a的平方根成正比，与平均化学反应时间的平方根成反比。SL只取决于预混可燃气体的物理化学性质，是物性参数。火焰传播速度越大，火焰前锋厚度越小。42本生灯锥形火焰传播速度SL的确定(1)本生灯原理燃气、空气混合，形成均匀可燃混合气。点燃后，形成稳定的锥体形层流火焰

α>1内锥为蓝色预混焰锥，外锥为紫红色燃烧产物火焰

α<1内锥为蓝色预混火焰，外锥变为黄色扩散火43(2)通过测量内锥的层流预混火焰锥测定火焰传播速度稳定状态下，灯口流出可燃混合气量与整个内锥焰面上燃烧掉的气量相等f——灯口出口截面积m2F——火焰内锥表面积m2

ω——灯口出口处平均流速m/s几何关系44设管内可燃混合气的流量为qV(m3/s),本生灯锥形火焰传播速度SL(m/s)可见，只要测得火焰内锥的高度h、管半径r和流量qV，就可求得SL。4546可燃混合气性质的影响导温系数a，燃烧温度Tf和化学反应速度W的增大．都会使层流火焰传播速度SL值增大。燃料结构的影响饱和烃的火焰传播速度几乎与燃料分子中碳原子数Nc无关，不饱和烃的SL随着碳原子数Nc增多而减小，当Nc从1增大到4的范围，SL值快速减小；当Nc超过4以后，则其减小速度变得缓慢；而当Nc＞8后，则趋于极限值。烃类越是不饱和，其火焰传播速度SL就越大。47影响层流火焰传播速度主要因素可燃混合气组成的影响大多数可燃混合气其最大火焰传播速度SLmax均对应于化学当量比计算的混合气组成。但以空气作为氧化剂的可燃混合气的最大火焰传播速度却在α略小于1处，一般碳氢燃料的SLmax值都在α≈0.96左右处，且该值不随压力与温度改变。可燃混合气压力的影响学者刘易斯根据实验结果，得出火焰传播速度与压力的关系为48当火焰传播速度较低时，即SL<0.5m/s,因n<0，随着压力的下降，火焰传播速度增大；当0.5<SL<1.0m/s,因n=0，火焰传播速度与压力无关；当SL>1.0m/s,因n>0，时，则火焰传播速度随着压力的增大而增大。可燃混合气初始温度的影响提高可燃混合气初始温度，可以促进化学反应速度，增大火焰传播速度4950可燃混合气中惰性气体的影响惰性气体一方面直接影响燃烧温度，进而影响燃烧速度；另一方面通过影响可燃混合气的物理性质来影响火焰传播速度。实验表明，当不可燃气体掺入可燃气中，将使SL减小，可燃界限缩小，并使向燃料浓度较小的方向转移。51湍流火焰与层流火焰的区别火焰表面形状：层流火焰，有很薄一层光滑整齐而外形清晰的火焰焰锋锥面；但湍流火焰轮廓比较模糊，火焰焰峰面弯曲皱折，闪动，火焰长度也显著地缩短，同时还伴有一定的噪声。火焰前沿厚度：层流火焰前锋很薄（十分之几或百分之几毫米），湍流火焰前锋相当厚（几个毫米）；传播速度：湍流火焰传播速度比层流火焰传播速度大的多（是层流火焰传播速度的好几倍甚至几百倍）；52二、湍流预混火焰传播湍流火焰与层流火焰的区别

湍流火焰与层流火焰的区别

火焰面的热量和活性中心向未燃混合气输运：层流火焰是通过热传导和分子扩散使火焰传播下去。而湍流火焰是靠流体的涡团运动来激发和强化，受流体运动状态所支配。火焰的燃烧区域：湍流火焰的燃烧不仅在火焰前锋表面进行，还在前锋的背后或燃烧区进行；燃烧的激烈程度：湍流火焰比层流火焰燃烧更激烈；燃烧放热率：湍流火焰的燃烧放热率比层流火焰大的多。湍流火焰传播速度大的原因解释理论皱折表面燃烧理论湍流火焰传播速度所以较层流为大，主要是由于湍流的脉动作用使平面形层流火焰前锋发生弯曲、皱折变形，增大了已然气体和未燃气体相接触的焰锋表面积，虽然单位表面积上所燃烧的气体量不变，但单位时间内燃烧的总气体量由于火焰前锋面积增大而增大，但层流火焰前锋的基本结构并不改变。54湍流特性参数：流体微团的平均脉动速度与主流速度之比。在湍流中不规则运动的流体微团的平均尺寸；或涡团在无规则运动中，保持自由前进而不与其他涡团碰撞的距离；或湍流微团在消失前所经过的平均距离湍流尺度L：湍流强度：湍流火焰现象分类湍流火焰小尺度湍流火焰（）大尺度湍流火焰（）大尺度弱湍流火焰大尺度强湍流火焰强湍流火焰（）弱湍流火焰（）（湍流尺度）（湍流强度）小尺度湍流火焰小尺度湍流火焰条件流体微团的平均尺寸LT<层流火焰面厚度δL

现象

–

能够保持规则的火焰锋面

–

湍流火焰面厚度δΤ>层流火焰面厚度δL

特点小尺度湍流火焰只是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，而在其他方面没有什么影响未燃气瞬时速度分布火焰面大尺度弱湍流火焰条件

–

流体微团的平均尺寸LT>

层流火焰面厚度δL

–

脉动速度w’<层流火焰传播速度SL

现象

–

火焰锋面扭曲

–

火焰锋面未被吹破瞬时火焰传播方向未燃气瞬时速度分布瞬时火焰面形状大尺度强湍流火焰条件

–

流体微团的平均尺寸LT>

层流火焰面厚度δL

–

脉动速度w’>层流火焰传播速度SL

现象不存在连续的火焰面(微扩散)容积燃烧理论湍流对燃烧的影响是以微扩散作用为主。由于微扩散进行得极其迅速，以致在气团中不可能维持层流火焰面的结构。气团内温度和浓度分布在其存在时间内是均匀的，但不同的气团中浓度和温度不同，因而在整个气团容积内所进行的化学反应程度也不同：有的达到着火条件就整体一起发生剧烈反应；有的还未达到着火条件，就不断地向周围做脉动扩散而消失，并形成新的组成气团。强调：燃烧产物和可燃气体强烈混合的一面60影响ST的因素脉动速度ω′和SL实验公式随着ω′和SL的增大而增大。湍流尺度

在大尺度湍流下，湍流尺度与ST无关。可燃混合气的性质与组成

混合气的性质和组成对ω′没有影响，主要是对SL的影响，进而影响ST。ST的最大值一般位于化学当量比的点，且随着气流雷诺数的增大向着富燃料方向转移。61温度

温度在很大范围内对ω′无影响，主要是对SL的影响，进而影响ST。随着温度的提高，ST增大。压力

压力对ω′和SL都有影响，进而影响ST。由实验得则随着压力的下降，ST减小。62影响δT的因素湍流参数和SL增大气流平均速度ω将使δT增大，增大SL和ε使δT减小。温度实验得温度升高，δT减小。压力压力增加，δT减小。但在低温时，压力下降对的影响要大于在高温时的影响。63三、均相预混气体火焰的稳定一、回火和脱火

设在如图所示的管道中，新鲜可燃混合气以等速度w向前运动，火焰传播速度SL。若，则所形成的火焰前锋就会稳定在管道内某一位置上，如图（a）所示。若

，火焰前锋位置就会向着可燃混合气的上游移动，如图（b）所示。这种情况叫做“回火”。若

，火焰前锋位置就会向着可燃混合气的下游移动而被气流吹走，如图（c）所示。这种情况叫做“脱火”。64（a）稳定65回火危害回火破坏了空气的吸收，造成不完全燃烧，影响燃烧的稳定工作，同时还会引起爆鸣和噪音。若在燃烧器混合管内燃烧，有可能把钢制混合装置烧的变形，铸铁混合装置炸出裂缝。当几个燃烧器共用一个混合器，且燃空混合物管道容积又很大时，若回火就有可能发生爆炸。回火发生的原因一次空气系数大小影响，一般稳定燃烧时，大气式燃烧器α1=0.4~0.8，无焰燃烧器α1约为1.05。燃气的性质、燃烧形式和燃烧器结构不同，α1也不同。因为火焰传播速度与可燃混合气体中的可燃气体含量有关，而火焰传播速度是影响回火的一个主要因素，理论上一次空气系数为1时，火焰传播速度最大。66燃气一空气混合物通过火孔的速度大小的影响，如由于燃烧器在低负荷下运行，燃烧系统压力下降，或燃烧器火孔堵塞等原因使可燃混合气体出火孔速度小于火焰传播速度，产生回火。气流在混合管内流动发生振动，而在燃烧室内燃烧也发生振动，当混合气体在混合管内的脉冲频率与其燃烧室的脉冲频率相等时，将会产生共振。共振一方面产生噪音，另一方面则加剧燃烧道的脉冲，也可能引起回火。67燃烧器结构设计不合理或混合管内结垢、结冰等原因，而使速度场不均匀或各火孔流速差别很大，这时，即使预混可燃气体出火孔的平均流速比火焰传播速度大很多，但在局部地方或一部分火孔处流速仍可能低于火焰传播速度而引起回火。燃烧器头部加热情况的影响，如燃烧器头部冷却不好，燃气一空气混合物温度升高，火焰传播速度加快引起回火。脱火危害将使燃烧器不稳定，严重时可能导致单只燃烧器或炉膛熄火。68炉温越高，

SL越大，越易产生回火低负荷运行时，炉温偏低，越易产生脱火二、火焰稳定存在的条件火焰传播速度SL应与垂直于焰锋表面的气流法向分速相平衡，即或必须具备一个固定的点火源，且该点火源应具有足够的强度。69三、工程上预防火焰回火的措施利用引燃火焰（或称值班火焰）高速气流下火焰不稳定的基本原因是在火焰根部没有稳定点火源，最直接的办法是设法在火焰根部处人为地设置一个固定的点火源，即引燃火焰。原理：把炽热的燃气流射入与其流速不同的、冷的新鲜可燃混合气流中，在两股气流的边界处，进行强烈的热量和质量交换，使冷的未燃混合气温度升高，反应速度加快，而达到着火燃烧。。嫣然火焰的燃气量可以达到主喷嘴的20-30%。70（a）图在喷口外面加一同心套管，夹层内通一低速的预混气体，点燃后作为引燃火焰。（b）图是一种引燃火焰和凹槽相结合的稳定火焰的喷嘴。71利用钝体（障碍物，非流线体）利用气流流过钝体在其后形成稳定的回流区，利用回流区中高温燃气的回流自动地提供点燃新鲜可燃混合气所必需的能量。72利用V型钝体稳定火焰7374利用气流的旋转利用逆向喷流利用燃烧室壁凹槽利用带孔圆筒利用流线形物体流线体：前圆后尖，表面光滑、略像水滴的形状，这样的物体在流体中运动时所受到的阻力最小。利用激波7576777879火焰稳定器在燃烧技术中，凡用来稳定火焰的物体或装置一般通称为火焰稳定器。工作原理：使部分已燃高温燃烧产物产生回流运动作为具有自动补偿能力的持续点火源，以不断点燃新鲜未燃的可燃混合物，从而达到稳定火焰的目的。805.3气体燃料的扩散燃烧扩散燃烧与动力燃烧

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。扩散燃烧或扩散火焰动力燃烧或动力火焰扩散－动力燃烧一、燃烧过程中的射流特性及其混合过程射流分类根据射流喷嘴：平面射流与圆形射流根据射流结构：直流射流与旋转射流平行射流与相交射流环形射流与同轴射流根据射流环境：自由射流与受限射流根据射流流动：层流射流与湍流射流平面自由射流气流由喷口射入充满静止空气且不受约束空间时的流动速度差、粘性湍流漩涡湍流扩散动量、质量交换基本段段外边界流速为0射流极点扩展角α初始段自模段过渡段过渡段初始段自模段(充分发展段)A－B－C为射流核心，核心区内速度、浓度等与出口处相同，长度约4~5d0x/d0＞8~10，射流的无因次参数分布与x/d0无关。初始段与自模段之间，可忽略。射流的扩展角α射流速度变化规律、核心区(势流核心)的形状以及速度分布的规律都是相似的x0射流极点至喷口的距离，mR0

喷口半径，ma湍流系数，与气流湍流程度及喷口处速度场分布均匀性有关的经验常数，对于圆形喷口，a＝0.07~0.076，a约为28o，初始段长度约为R0的8.8~9.6倍圆形喷口：在射流的充分发展区，轴向流速的径向分布具有相似性。自由射流轴向速度的径向分布规律：自由射流轴向浓度的径向分布规律：该喷口的特征尺寸直径为矩形的短边长度2b0扁矩形喷口：射流的扩展角α较小，各项参数沿轴向变化较慢x0射流极点至喷口的距离，mb0

喷口短边长度，mxch初始段长度，ma湍流系数，与气流湍流程度及喷口处速度场分布均匀性有关的经验常数，对于扁矩形喷口，a＝0.1~0.12扁矩形喷口：自由射流轴向速度um分布规律：自由射流轴向速度的径向分布规律：扁矩形喷口：自由射流轴向浓度的径向分布规律：自由射流轴向浓度Cm分布规律：同向平行流中的自由射流射流的扩展单股射流射入与其同向平行流动的主气流中轴线上流体轴向速度的衰减核心区长度射流与周围气流之间的速度梯度ωw逐渐变大混合速度减慢ω0=ωw混合速度很慢ω0>ωwω0<ωw混合速度变快射流与外流间的速度梯度减小，混合减缓，射流张角、速度及浓度沿轴向的变化率随之减小。射流出口附近混合区中轴向速度的分布公式：r1与r2分别为混合区的内半径与外半径ω0

射流出口速度ωw

外围流体速度多股平行射流基本段初始段过渡段过渡段的大小和平行射流组中相邻喷口之间的距离有关多股平行射流基本段中速度场仍服从自由射流的速度分布规律由多个平行排列的喷口同向喷出射流而形成的平行射流组当多股平行射流存在时，由于每股射流彼此之间的相互影响，射流之间形成较为强烈的漩涡区，使得多股射流的湍流脉动比自由射流大。所以多股射流与单股射流相比，具有如下的特点：多股平行射流初始段长度比单股射流流程短，约小30%左右；由于边界层的增厚主要与横向脉动速度成正比，所以混合区厚度比单股大交叉射流以某一角度与主流相交的射流为交叉射流射流在主流中的穿透深度射流和主流的混合情况或者两股射流以一定角度交叉喷出形成交叉射流强化混合在两股交叉射流汇合前存在回流区，其大小和强度由a0和θ0决定交叉射流的汇合点至喷口的距离xj随角度θ0的减小而增大，同时在一定的喷口尺寸b0下，将随a0的增大而增大。交叉射流汇合点xj交叉射流主流方向上速度衰减规律：汇合点之前，射流速度逐渐降低汇合点附近，射流速度有所增大，汇合点位置xj与喷口间距a0和角度θ0有关汇合点后不远处，射流速度开始衰减，其衰减规律类似于自由射流环状射流有钝体的直流燃烧器低压回流区低压回流区同轴射流轴向直流燃烧器环形射流和同轴射流可分为两个具有不同流动特性的区域：①喷嘴出口8~10d0后的充分发展区，流动特性类似于圆截面轴对称的自由射流；②喷口附近区域。对于环形射流，该区域存在反向回流区；对同轴射流，在中心射流和环形射流的交界面尾迹中存在回流区。回流区大小、回流速度及回流量，影响着火稳定性及气流混合。环状射流对中心射流的影响随着的增大，中心射流势核长度（初始段长度）越来越小，中心射流速度衰减越来越快中心射流对环状射流的影响随着的减小，即中心圆截面速度的增大，环状射流势核长度越来越小，环状射流速度衰减越来越快环缝宽度

射流长度为炉膛2/3～3/4卷吸量越大，射程越小卷吸量越小，射程越远由实验确定对于难以燃烧的贫煤和无烟煤来说环状射流速率大，中心射流速率小，衰减快，从而在中心射流喷口处形成了一个较大的回流区，使得无烟煤易于达到它的着火温度，从而易于着火对于易于燃烧的烟煤来说中心射流速率大，环状射流速率小，从而在环状射流喷口处形成回流区，促进混合，并降低了中心射流喷口处的温度，防止烧坏喷嘴旋转射流---简介径向和轴向压力梯度轴向压力梯度增大流体轴向倒流，形成回流区旋转射流---特点①旋转射流具有内回流区和外回流区，扩展角比较大，相对直流射流而言，旋转射流卷吸周围介质的能力强，可以依靠自身的回流区保持稳定着火。②旋转射流出口处速度高，由轴向、径向和切向速度组成，气流的早期混合强烈。③切向速度衰减很迅速，气流旋转效应消失较快，因此后期混合较弱。④旋转射流的轴向速度衰减也较快，因此射流射程较短。旋转射流---自由漩涡位能旋涡：靠流体内部位能变化(静压或水位差)而形成的旋涡自由旋涡：无外加扭矩作用、理想流体、无摩擦损耗、漩涡不同半径上的动量矩守恒旋转射流---自由漩涡自由旋涡的特点：切线速度v0与半径成反比流线虽然是同心圆，但是各流体微团并没有绕其自身轴线自转运动(不包括涡心)，而是一种无旋圆周运动，即各流体微团的旋度为零。旋转射流---旋流强度旋流强度火焰长度燃烧强度火焰稳定性Gθ

旋转射流相对与轴线的角动量(旋转动量矩)R定性尺寸，旋流半径Mx旋转射流的轴向扩张角、回流区大小※※※旋流强度仅与旋流器结构尺寸有关旋转射流---旋流射流流场