燃烧学课件第八章湍流预混燃烧

第八章湍流预混燃烧

8.1湍流预混火焰传播

8.2湍流预混火焰传播图域

8.3湍流预混火焰传播速度确定

8.4湍流火焰传播速度影响因素第一节湍流预混火焰传播

研究湍流火焰的目的

1.工程中的燃烧装置多是湍流燃烧

2.确定湍流特性对火焰传播的影响

雷诺数直管段中：时，层流；混气的流动为紊流时，时，火焰为紊流火焰。湍流火焰的特点：层流火焰：火焰锋面光滑，焰锋厚度很薄，火焰传播速度小。湍流火焰：火焰长度缩短，焰锋变宽，并有明显的噪声，焰锋不再是光滑的表面，而是抖动的粗糙表面，火焰传播快（层流的好几倍）。第八章湍流预混火焰第八章湍流预混火焰

具有不同燃烧速率的火焰表面

窄缝燃烧火焰表面

湍流预混火焰传播可以描述为在湍流流动中传播的薄的层流预混火焰。湍流流动使火焰发生了扭曲，扭曲的程度则取决于当地的湍流程度。湍流火焰传播速度——是指湍流火焰前沿法向相对于新鲜可燃气运动的速度，可用流经火焰的可燃预混气的体积流量除以湍流火焰的表观面积来表示湍流火焰表面积的确定是关键。在圆筒状燃烧器上测得的雷诺数对湍流火焰传播速度的影响湍流火焰比层流火焰传播快的原因：（1）湍流流动使火焰变形，火焰表面积增加，因而增大了反应区；（2）湍流加速了热量和活性中间产物的传输，使反应速率增加，即燃烧速率增加；（3）湍流加快了新鲜混气和燃气之间的混合，缩短了混合时间，提高了燃烧速度。

湍流火焰理论上正是基于以上概念发展起来的。湍流火焰传播理论主要有两种:

（1）表面皱折理论（邓克尔和谢尔金）（2）容积燃烧理论（萨默菲尔德和谢京科夫）湍流火焰的特点

湍流特性参数——均匀，各向同性的湍流流场，可以用两个特征量表示湍流特征：湍流尺度和湍流强度。

湍流尺度在湍流中不规则运动的流体微团的平均尺寸，属于宏观量级。若（层流焰面厚度）为小尺度湍流，反之为大尺度湍流。

湍流强度描述紊流的运动速度为：流体微团的平均脉动速度与主流速度之比。若u`>uL（层流火焰传播速度）为强湍流，反之为弱湍流。第二节湍流预混火焰传播图域

湍流预混火焰传播的性质既依赖于预混层流火焰的特性（如SL和δl），也依赖于湍流的特性，例如l和u`三种湍流火焰模型：第三节湍流预混火焰传播速度确定a.小尺度湍流火焰：条件：现象：能够保持规则的火焰锋面，火焰前沿仍是平滑的，只是增加了厚度，火焰锋面不发生皱折，湍流火焰面厚度层流火焰面厚度

特点：小尺度湍流火焰只是由于湍流增强了物质的输运特性，从而使热量和活性粒子的传输加快，使湍流火焰传播速度比层流火焰传播速度快，而在其他方面没有什么影响。小尺斤度湍槽流火吧焰传伪播速耀度确杯定湍流回火焰料传播件速度全和层娘流火睬焰传秧播速捆度之牲比等圣于两下者传昨输率之芬比的解平方妙根根据逝相似国性原揭理，内分子隐导温评系数射，因养此湍之流导晃温系午数。在最湍流腥中湍州流导泳温系姐数斩取决迷于湍坟流尺俗度和唉脉动是速附度的牙乘积亩，即是湍购流热炭传导乓系数获；菜是层护流热殿传导饿系数λL湍流壮火焰净传播剂速度对于议管流角，湍外流尺旧度蓬与裹管径赤成正斤比，毛脉动低速度和气樱流速龙度成萍正比贺：而分陕子导掩温系陈数押与分趴子运挂动粘炮性析成讲正比膊，所坝以小尺闷度湍孔流情岗况下阶，湍凯流火幼焰传瘦播速胃度不席仅与向可燃抖混气良的物理奶化学鲜性质宗有关环（即仇与uL成正箱比）痕，还外与流职动特菠性有罩关（即枕与拿有关疤）。b.大尺题度弱虏湍流打火焰烦：现象超：1火焰铃锋面历扭曲霞皱折2火焰泼锋面相未被胜吹破通，仍然祖是连啦续的大尺醋度弱年湍流亲火焰纸传播雹速度愧确定——小火鹿焰模肉型（辆表面士理论繁）设薄痰层焰曲锋的越传播武速度母仍是uL，那锡么单牲位时威间内驾焰锋孩锋面汇烧掉掀的混村气量婚为AcuL，它喝应与亡紊流脏火焰孩速度uT和紊贫流焰倍锋的圆平均单表面敏积Ap的乘翻积相揭等，橡即或因为赖，所诞以uT>uL。若迫把湍贝流气有团设淹想成喜凹凸家不平福的很翁多小像的焰枪锋，肃则uT/uL等于倚这些屑小的雁锥体添表面绣积和份底面逗积之简比。——小火拒焰模菠型，亦畏称湍流断火焰祥传播韵的表为面理神论。式中廉是椎淘体高巴度；睬是坐紊流销尺度盆的一垫半，因为届紊流勾微团近在锥器形表锻面上耳的燃砌烧速蛙度是玩，则穗微团摊存在堆的时间向，裙紊流谎动脉县速度省是明，锥赶体高姥度代入买上式道得到场：增大从紊流讽动脉本速度登，可另以提杂高紊炎流传驼播速羊度。c.对大登尺度招强紊创流度洋火焰根据姐上式白可以率写出绵：此时醋紊流守火焰洪传播者速度纹与化变学动温力学瓣因素战无关芒，只取扇决于嚼动脉雅速度稿的大换小。大尺笼度强炼湍流训火焰遇：条件崇：现象碑：不存帐在连堆续的史火焰前面大尺下度强暮湍流稼火焰远传播钥速度梳确定浮：湍流怪强度插很大圣时：湍流杆火焰链传播施速度屋与化尿学动放力学算因素呈无关衬，只绒取决血于脉据动速长度的狭大小墓。湍流想火焰蜡传播斗速度大尺转度强哑湍流珠火焰（湍衫流火愧焰传欢播的呆容积对理论棋）：大尺蠢度强拴湍流报火焰神模型灵可以膝设想壁成大团枕大团未燃膜烧的予可燃汉混合早物冲破傅火焰麦锋面，而菌输入庭高温销的燃裳烧产该物中钉，大团渐大团的高胀温燃轨烧产有物也脸冲破石火焰产锋面豪而输止入未已燃烧降的可秆燃混核合物构中。剧这些葵大团轧的尺快寸都握超过既层流肃火焰窝的厚耀度，辜它们判在输续运之倍后都孝保持繁自己禁的独股立性闸，一超下子轨不能戴和周洋围气忘团混老合。洞湍动捎使火祥焰迁徒移到艇哪里赔，就牺燃烧姥到哪两里。拦所以类这时篇的火售焰传棉播速茂度可侧以认墨为近辨似等兔于脉畅动速隙度。湍流捧火焰论传播兄速度经验嫩公式滚：脉动脂速度梁，层迹流火息焰传刻播速催度及禾混气渡浓度仅