燃烧学－预溷合气燃烧及火焰传播.ppt

第四章第四章 预混合气燃烧及火焰传播预混合气燃烧及火焰传播 层流火焰概念、结构特征、传播机理、传播速度计算，层层流火焰概念、结构特征、传播机理、传播速度计算，层流火焰传播速度影响因素流火焰传播速度影响因素 ，湍流火焰概念，湍流火焰概念 ，湍流火焰传播理论，湍流火焰传播理论与传播速度，爆震燃烧理论与传播速度，爆震燃烧理论 层流火焰结构、传播机理，湍流火焰传播两种理论层流火焰结构、传播机理，湍流火焰传播两种理论 层流火焰传播的数学模型建立与推导，湍流火焰传播理论层流火焰传播的数学模型建立与推导，湍流火焰传播理论 概述一、预混合燃烧概念n定义定义 燃料和氧（或空气）预先混合成均匀的混燃料和氧（或空气）预先混合成均匀的混合气，此可燃混合气称为预混合气，预混合气合气，此可燃混合气称为预混合气，预混合气在燃烧器内进行着火、燃烧的过程称为在燃烧器内进行着火、燃烧的过程称为预混合预混合预混合预混合燃烧（燃烧（燃烧（燃烧（premixed combustionpremixed combustion））））典型预混合燃烧装置典型预混合燃烧装置 n预混合气燃烧过程预混合气燃烧过程 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(flame propagation)的现象n火焰传播火焰传播(flame propagation) n 随时间推移，火焰面在预混合气中不断向随时间推移，火焰面在预混合气中不断向 前扩展，所呈现的现象前扩展，所呈现的现象n 可燃气体混合物的局部首先着火，着火部可燃气体混合物的局部首先着火，着火部 分向未燃部分传递热量和活性粒子，使之分向未燃部分传递热量和活性粒子，使之 相继着火的过程称为相继着火的过程称为火焰传播火焰传播火焰传播火焰传播——预混合燃烧的关键、本章研究的核心预混合燃烧的关键、本章研究的核心二．火焰及其特征和分类n火焰的定义火焰的定义 n火焰的特征火焰的特征n具有发热、发光特征；具有发热、发光特征；—— 辐射现象辐射现象n具有电离特性；具有电离特性；n具有自行传播的特性具有自行传播的特性 火火焰焰火火焰焰(flames)(flames)是是在在气气相相状状态态下下发发生生的的燃燃烧烧的的外外部部表表现现。

n 火焰的分类火焰的分类n火焰自行传播火焰自行传播n燃料与氧化剂在进入反应区以前有无接触燃料与氧化剂在进入反应区以前有无接触 n火焰状态火焰状态n流体力学特性流体力学特性n两种反应物初始物理状态两种反应物初始物理状态 缓燃火焰缓燃火焰(或称正常火焰或称正常火焰) ( 0.2-1m/s )爆震火焰爆震火焰（（4. 3）） 预混火焰预混火焰 （第四章）（第四章）扩散火焰扩散火焰 （第五章）（第五章）移动火焰移动火焰驻定火焰驻定火焰 （见图）（见图）层流火焰层流火焰 （（4.14.1））湍流火焰湍流火焰 （（4.24.2）） 均相火焰均相火焰多相火焰（异相火焰多相火焰（异相火焰 ））4.1 层流火焰传播(laminar flame）） 预混可燃气体流速不高（层流状态）时预混可燃气体流速不高（层流状态）时的火焰传播称为的火焰传播称为层流火焰传播层流火焰传播层流火焰传播层流火焰传播一、层流火焰结构与传播机理 层流火焰图层流火焰图 层流火焰前沿浓度和温度变化层流火焰前沿浓度和温度变化 n n 火焰结构特点火焰结构特点 n火焰前沿厚度很薄，一般不超过火焰前沿厚度很薄，一般不超过1mm，只有十分之几，只有十分之几毫米甚至百分之几毫米厚。

毫米甚至百分之几毫米厚 层流火焰图层流火焰图 n前沿的厚度很小，但温度和浓度的变化很大，因而在前沿的厚度很小，但温度和浓度的变化很大，因而在火焰前沿中出现了极大的浓度梯度及温度梯度这就火焰前沿中出现了极大的浓度梯度及温度梯度这就引起了火焰中强烈的扩散流和热流引起了火焰中强烈的扩散流和热流 n在火焰前沿厚度的很大一部分上，化学反应的速度很在火焰前沿厚度的很大一部分上，化学反应的速度很小，称为预热区，以小，称为预热区，以 δp 表示而化学反应主要集中表示而化学反应主要集中在很窄的区域在很窄的区域 δc 中进行，称其为化学反应区中进行，称其为化学反应区 n火焰前沿传播机理火焰前沿传播机理n n火焰传播的热理论火焰传播的热理论火焰传播的热理论火焰传播的热理论 认为火焰中反应区认为火焰中反应区( (即火焰前沿即火焰前沿) )在空间的移动，取在空间的移动，取决于反应区放热从而向新鲜混合气的热传导决于反应区放热从而向新鲜混合气的热传导n n火焰传播的扩散理论火焰传播的扩散理论火焰传播的扩散理论火焰传播的扩散理论 认为凡是燃烧都属于链式反应，在链式反应中借助认为凡是燃烧都属于链式反应，在链式反应中借助于活性中心的作用，使混合气变为燃烧产物。

于活性中心的作用，使混合气变为燃烧产物火焰前沿火焰前沿在空在空间间的移的移动动是由于反是由于反应应区中有活性中心向新区中有活性中心向新鲜鲜混气混气进进行行扩扩散而使反散而使反应连续进应连续进行 二、层流火焰传播速度n定义定义 ——大小取决于反应速度、热量和活性中心的传大小取决于反应速度、热量和活性中心的传 递速度 火火焰焰外外沿沿相相对对于于未未燃燃混混合合物物在在火火焰焰表表面面法法线线方方向向上上的的移移动动速速度度称称为为火火焰焰的的法法线线速速度度，，用用Un表表示示，，也也称称为为层层流流燃燃烧烧速速度度层层流流燃燃烧烧速速度度 ( laminar burning v e l o c i t y ) ，，用用Sl 表表示示Bussen 燃烧燃烧嘴火焰嘴火焰 U—未燃混合气局部流速未燃混合气局部流速 n数学表达式数学表达式n静止坐标下的预混合气火焰传播速度分析静止坐标下的预混合气火焰传播速度分析 对对固固固固定定定定火火火火焰焰焰焰，，火火焰焰面面静静止止不不动动，，即即u up p=0=0，，则则Sl = = u u0 0 = = u us s 即即：：火火焰焰传传播播速速度度就就等等于于未未燃燃混混合合气气进进入入火火焰焰面面的的流流速速，，两者大小相等方向相反。

两者大小相等方向相反Sl＝u0us——混合气流速混合气流速up——火焰面的移动速度火焰面的移动速度u0——火焰面相对未燃混合气的移动速度火焰面相对未燃混合气的移动速度可燃气体和空气混合物在可燃气体和空气混合物在可燃气体和空气混合物在可燃气体和空气混合物在2020℃℃℃℃及及及及760760厘米水银柱下厘米水银柱下厘米水银柱下厘米水银柱下的火焰前沿移动的正常速度值的火焰前沿移动的正常速度值的火焰前沿移动的正常速度值的火焰前沿移动的正常速度值三、层流火焰厚度三、层流火焰厚度（δl） n narwegarweg和和和和MalyMaly ：：n nChinChin：：：：n nLawLaw和和和和Tseng Tseng ：：：：在在LeLe＝＝PrPr＝＝ScSc＝＝1 1的条件下等价的条件下等价 （（ 不同的混合气用不变的不同的混合气用不变的 δl ））——层流火焰厚度正比于燃料空气混合气的质扩散系数，层流火焰厚度正比于燃料空气混合气的质扩散系数，反比于层流燃烧速度反比于层流燃烧速度 四、预混层流火焰传播的数学模型n基本方程的建立基本方程的建立 假设：假定在一绝热圆管内火焰前沿以速度假设：假定在一绝热圆管内火焰前沿以速度Sl 沿沿 管子传播，并假定火焰前沿为平面形状。

管子传播，并假定火焰前沿为平面形状 忽略混合气粘性、体积力、辐射热和管壁忽略混合气粘性、体积力、辐射热和管壁 的影响，以及由于浓度梯度引起的热扩散的影响，以及由于浓度梯度引起的热扩散 效应 取火焰面厚度为取火焰面厚度为△△x的气体层为控制体的气体层为控制体 基本方程：基本方程： 边界条件边界条件 ：：连续方程连续方程 ：： （（4-11）） 能量方程：能量方程： （（4-12）） 组分扩散方程：组分扩散方程： （（4-13）） 状态方程：状态方程： （（4-14）） n 基本方程的简化求解基本方程的简化求解 基本思想：基本思想：基本思想：基本思想：控制火焰传播速度的主要过程是从反应区向预热控制火焰传播速度的主要过程是从反应区向预热控制火焰传播速度的主要过程是从反应区向预热控制火焰传播速度的主要过程是从反应区向预热区的传热过程。

在区的传热过程在区的传热过程在区的传热过程在预热区预热区预热区预热区中，中，中，中，忽略化学反应忽略化学反应忽略化学反应忽略化学反应的影响，而在的影响，而在的影响，而在的影响，而在反反反反应区应区应区应区中则中则中则中则忽略对流传热忽略对流传热忽略对流传热忽略对流传热的影响，按一维定常流来解的影响，按一维定常流来解的影响，按一维定常流来解的影响，按一维定常流来解 ZeldovichZeldovich 热理论模型热理论模型  预热区：预热区：预热区：预热区： 忽略化学反应的影响忽略化学反应的影响, ,能量方程能量方程作如下作如下简简化化 ：：边界条件：边界条件：(4-16)积分：积分：反应区：反应区：反应区：反应区：忽略忽略对对流流传热项传热项 , ,能量方程能量方程作如下作如下简简化化 ：：边界条件：边界条件：(4-19)(4-19)(4-16)积分、化简得积分、化简得 ：五、层流火焰传播速度影响因素分析五、层流火焰传播速度影响因素分析 燃料燃料/ /氧配比的影响氧配比的影响燃料性质的影响燃料性质的影响压力的影响压力的影响混合气初始温度的影响混合气初始温度的影响添加剂的影响添加剂的影响 ：惰性添加剂，反应添加剂：惰性添加剂，反应添加剂n燃料燃料/氧配比的影响氧配比的影响图图4-8 燃料配比对燃料配比对Sl的影响的影响1-1-氢氢 2-2-乙炔乙炔 3-3-一氧化碳一氧化碳4-乙烯乙烯 5-丙烷丙烷 6-甲烷甲烷 混合气配比对火焰传播速度影响很大。

除氢气和一氧化碳外，最大火焰传播速度处在λ=0.80～0.85范围内 对大多数混合气来说、最大火焰传播速度是发生在化学计量比条件下n燃料性质的影响燃料性质的影响——导热系数导热系数λ，定压比，定压比热容热容Cp和密度和密度ρn 烷烃随含碳量的增加，烷烃随含碳量的增加， 火焰传播速度基本不变火焰传播速度基本不变n 烯烃和炔烃含碳量越高，烯烃和炔烃含碳量越高， 火焰传播速度越小火焰传播速度越小——燃料化学结构燃料化学结构n压力的影响压力的影响（n——反应级数）n混合气初始温度的影响混合气初始温度的影响m——1.5~2之间之间 提高可燃物提高可燃物初始温度初始温度T∞可以可以大大促进化学反大大促进化学反应速度，因而增应速度，因而增大大Sl 值值n添加剂的影响添加剂的影响惰性添加剂：降低火焰传播速度，缩小可燃界限，如惰性添加剂：降低火焰传播速度，缩小可燃界限，如 CO2、、N2等反应添加剂：加速链反应过程而使火焰传播速度迅速反应添加剂：加速链反应过程而使火焰传播速度迅速 增加，如氢。

增加，如氢一、湍流火焰概述一、湍流火焰概述n湍流火焰的存在湍流火焰的存在 在工业生产中，燃烧几乎总是发生在高速在工业生产中，燃烧几乎总是发生在高速 、大管径、、大管径、流动方向有突扩、有障碍流动方向有突扩、有障碍 （柱体、球体、钝体等）的湍（柱体、球体、钝体等）的湍流场中，流场中，多数处于湍流状态多数处于湍流状态多数处于湍流状态多数处于湍流状态随着对湍流的研究进展，随着对湍流的研究进展，湍流火焰特性的研究也在不断前进，研究湍流对燃烧的湍流火焰特性的研究也在不断前进，研究湍流对燃烧的影响，从而明了湍流燃烧及火焰传播机理影响，从而明了湍流燃烧及火焰传播机理 目前湍流火目前湍流火焰焰 ( turbulent flames)的研究尚不成熟而本节只是讨的研究尚不成熟而本节只是讨论一些已被认可的结论论一些已被认可的结论 4.2 湍流火焰传播 (turbulent flames) n湍流火焰与层流火焰的区别湍流火焰与层流火焰的区别 n n火焰表面形状火焰表面形状火焰表面形状火焰表面形状：层流火焰表面光滑，燃烧状态平稳层流火焰表面光滑，燃烧状态平稳湍流火焰表面被皱折变形，变粗变短；湍流火焰表面被皱折变形，变粗变短；n n火焰前沿厚度火焰前沿厚度火焰前沿厚度火焰前沿厚度：层流火焰：层流火焰 前沿很薄（十分之几或百前沿很薄（十分之几或百 分之几毫米），湍流火焰分之几毫米），湍流火焰 前沿相当厚（几个毫米）；前沿相当厚（几个毫米）；n n传播速度传播速度传播速度传播速度：湍流火焰传播：湍流火焰传播 速度比层流火焰传播速度速度比层流火焰传播速度 大的多（是层流火焰传播大的多（是层流火焰传播 速度的好几倍）；速度的好几倍）； 湍流火焰与层流火焰的区别湍流火焰与层流火焰的区别 n n火焰面的热量和活性中心向未燃混合气输运火焰面的热量和活性中心向未燃混合气输运火焰面的热量和活性中心向未燃混合气输运火焰面的热量和活性中心向未燃混合气输运：层流火：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状态所支配n n火焰的燃烧区域火焰的燃烧区域火焰的燃烧区域火焰的燃烧区域：湍流火：湍流火 焰的燃烧不仅在火焰前沿焰的燃烧不仅在火焰前沿 表面进行，还在前沿的背表面进行，还在前沿的背 后或燃烧区进行；后或燃烧区进行；n n燃烧的激烈程度燃烧的激烈程度燃烧的激烈程度燃烧的激烈程度：湍流火：湍流火 焰比层流火焰燃烧更激烈；焰比层流火焰燃烧更激烈；n n燃烧放热率燃烧放热率燃烧放热率燃烧放热率：湍流火焰的：湍流火焰的 燃烧放热率比层流火焰的燃烧放热率比层流火焰的 大的多湍流火焰与层流火焰的区别湍流火焰与层流火焰的区别 n湍流火焰传播速度的定义湍流火焰传播速度的定义——St 湍流火焰传播速度湍流火焰传播速度湍流火焰传播速度湍流火焰传播速度指湍流火焰前沿指湍流火焰前沿任一处任一处任一处任一处法向相对于未燃混合气运动的速法向相对于未燃混合气运动的速度二、湍流特性 湍流的基本特性：湍流的基本特性：湍流的基本特性：湍流的基本特性：湍流中充满大小不等、高速旋转的流体微湍流中充满大小不等、高速旋转的流体微湍流中充满大小不等、高速旋转的流体微湍流中充满大小不等、高速旋转的流体微团，或称涡团，在不断地做无规则的运动，使流体各点每瞬团，或称涡团，在不断地做无规则的运动，使流体各点每瞬团，或称涡团，在不断地做无规则的运动，使流体各点每瞬团，或称涡团，在不断地做无规则的运动，使流体各点每瞬时的速度、压力都在做随机的变化。

时的速度、压力都在做随机的变化时的速度、压力都在做随机的变化时的速度、压力都在做随机的变化 湍流火焰前沿表面结构示意湍流火焰前沿表面结构示意(a) 弱湍流弱湍流 (b)强湍流强湍流 (a)(b)湍流强度湍流强度湍流强度湍流强度 (Turbulent Intensity)(Turbulent Intensity) 表示流场中速度脉动的程度表示流场中速度脉动的程度流场中某一点总湍流强度：流场中某一点总湍流强度：瞬时速度瞬时速度——u（（ ））时均速度时均速度—— （（ ））脉动速度脉动速度—— （（ ）） 湍流尺度湍流尺度湍流尺度湍流尺度(turbulent scale)(turbulent scale)(turbulent scale)(turbulent scale) 与湍流与湍流涡团涡团大小及其大小及其变变化化过过程有直接关系程有直接关系物理意物理意义义：：涡团涡团在无在无规则规则运运动动中，保持自由前中，保持自由前进进而不与其而不与其他他涡团涡团碰撞的距离碰撞的距离。

或者或者说说，流体，流体涡团涡团在运在运动过动过程中消失程中消失前运前运动动的距离，也可以的距离，也可以认为认为是是涡团涡团的一种平均自由程的一种平均自由程 Lagrange湍流尺度：湍流尺度： Euler湍流尺度：湍流尺度：  反映了湍流反映了湍流传质和传热的特性传质和传热的特性传质和传热的特性传质和传热的特性 依照分子扩散与湍流扩散的相似性，可以认为，依照分子扩散与湍流扩散的相似性，可以认为，流体层中体积基元（涡团）的无规则运动与分子的无流体层中体积基元（涡团）的无规则运动与分子的无规则运动相似，用下式定义湍流扩散系数：规则运动相似，用下式定义湍流扩散系数：湍流湍流湍流湍流扩扩扩扩散系数散系数散系数散系数(turbulent diffusion coefficient)(turbulent diffusion coefficient)(turbulent diffusion coefficient)(turbulent diffusion coefficient) L L————湍流混合长度湍流混合长度εε————湍流扩散系数湍流扩散系数三、预混合气湍流火焰传播理论 n湍流流动可能使火焰变形、皱折，湍流流动可能使火焰变形、皱折， 使反应表面积显著增加；使反应表面积显著增加； n湍流可能加剧了热传导速度或活性湍流可能加剧了热传导速度或活性 物质的扩散速度；物质的扩散速度； n湍流可以促使可燃混合气与燃烧产湍流可以促使可燃混合气与燃烧产 物间的快速混合。

物间的快速混合导致湍流火焰导致湍流火焰导致湍流火焰导致湍流火焰传播速度增加传播速度增加传播速度增加传播速度增加 复合层流前沿理论复合层流前沿理论复合层流前沿理论复合层流前沿理论：邓克尔和谢尔金创立湍流：邓克尔和谢尔金创立湍流火焰是由湍流引起的变性层流火焰又称为火焰是由湍流引起的变性层流火焰又称为““皱皱折火焰表面理折火焰表面理论论 ” ”容积燃烧理论：容积燃烧理论：容积燃烧理论：容积燃烧理论：萨默菲尔德和谢京科夫建立将萨默菲尔德和谢京科夫建立将湍流火焰的前沿看成燃烧反应区又称为湍流火焰的前沿看成燃烧反应区又称为““微扩微扩散理论散理论”” 湍湍湍湍流流流流火火火火焰焰焰焰传传传传播播播播理理理理论论论论 n复合层流前沿理论复合层流前沿理论 —— 皱褶火焰表面理论皱褶火焰表面理论 认为燃烧化学反应本身的速度非常高，认为燃烧化学反应本身的速度非常高，燃烧化学反应只是在薄薄的一层火焰锋面燃烧化学反应只是在薄薄的一层火焰锋面内进行Wrinkled laminar flame湍流火焰现象分类湍流火焰现象分类湍流火焰湍流火焰小尺度湍流火焰小尺度湍流火焰（（ ））大尺度湍流火焰大尺度湍流火焰（（ ））大尺度弱湍流火焰大尺度弱湍流火焰大尺度弱湍流火焰大尺度弱湍流火焰大尺度强湍流火焰大尺度强湍流火焰大尺度强湍流火焰大尺度强湍流火焰强湍流火焰强湍流火焰（（ ））弱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小尺度湍流火焰小尺度湍流火焰n小尺度湍流火焰小尺度湍流火焰n n条件条件条件条件 流体微团的平均尺寸流体微团的平均尺寸<层流层流火焰面厚度火焰面厚度n 现象现象现象现象 – 能够保持规则的火焰锋面能够保持规则的火焰锋面 – 湍流火焰面厚度湍流火焰面厚度δt >层流层流火焰面厚度火焰面厚度δln 特点特点特点特点 小尺度湍流火焰只是增强了小尺度湍流火焰只是增强了物质的输运特性，从而使热量物质的输运特性，从而使热量和活性粒子的传输加速，而在和活性粒子的传输加速，而在其他方面没有什么影响其他方面没有什么影响未燃气瞬时速度分布火焰面n大尺度弱湍流火焰大尺度弱湍流火焰n n条件条件条件条件 – 流体微团的平均尺寸流体微团的平均尺寸> 层流火焰面厚度层流火焰面厚度 – 脉动速度脉动速度u’<层流火层流火焰焰 传播速度传播速度Sln 现象现象现象现象 – 火焰锋面扭曲火焰锋面扭曲 – 火焰锋面未被吹破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n大尺度强湍流火焰大尺度强湍流火焰n 条件条件条件条件 – 流体微团的平均尺寸流体微团的平均尺寸> 层流火焰面厚度层流火焰面厚度 – 脉动速度脉动速度u’>层流火焰层流火焰 传播速度传播速度Sln 现象现象现象现象 不存在连续的火焰面不存在连续的火焰面层层流火焰理流火焰理论论：：动量传递、传热和传质三者相似，其输运系数数值相等动量传递、传热和传质三者相似，其输运系数数值相等故：故：n小尺度湍流火焰小尺度湍流火焰: 2300

邓克尔根据相似性，得到邓克尔根据相似性，得到 ：：n大尺度弱湍流火焰：大尺度弱湍流火焰：50006000挞兰挞兰脱夫脱夫：：出现小团块燃烧，燃烧既可能在未燃混合气区，也可出现小团块燃烧，燃烧既可能在未燃混合气区，也可能在已燃的燃烧产物区能在已燃的燃烧产物区湍流火焰传播速度取决于脉动速度与层流火焰传播速湍流火焰传播速度取决于脉动速度与层流火焰传播速度之比。

度之比 C=1~3.5 C=1~3.5 ））））n容积燃烧理论容积燃烧理论 燃烧化学反应在火焰中各处表现都以不同燃烧化学反应在火焰中各处表现都以不同速度进行着湍流输运使不同成分的气体在火速度进行着湍流输运使不同成分的气体在火焰区内燃烧同时进行着掺混，燃烧与掺混造成焰区内燃烧同时进行着掺混，燃烧与掺混造成火焰传播火焰传播强调：强调：燃烧产物和可燃气体强烈混合的一面燃烧产物和可燃气体强烈混合的一面燃烧产物和可燃气体强烈混合的一面燃烧产物和可燃气体强烈混合的一面 大尺度强湍流火焰模型可以设想成大团大团未燃烧的大尺度强湍流火焰模型可以设想成大团大团未燃烧的可燃混合物冲破火焰锋面，而输入高温的燃烧产物中，大可燃混合物冲破火焰锋面，而输入高温的燃烧产物中，大团大团的高温燃烧产物也冲破火焰锋面而输入未燃烧的可团大团的高温燃烧产物也冲破火焰锋面而输入未燃烧的可燃混合物中这些大团的尺寸都超过层流火焰厚度，它们燃混合物中这些大团的尺寸都超过层流火焰厚度，它们在输运之后都保存自己的独立性，一下子不能和周围气团在输运之后都保存自己的独立性，一下子不能和周围气团混合湍动使火焰迁移到哪里，就燃烧到哪里。

所以这时混合湍动使火焰迁移到哪里，就燃烧到哪里所以这时的火焰传播速度可以认为近似等于脉动速度与层流火焰传的火焰传播速度可以认为近似等于脉动速度与层流火焰传播速度之比播速度之比挞兰脱夫：挞兰脱夫：相似性假定方程：相似性假定方程：相似性假定方程：相似性假定方程：St小尺度湍流火焰小尺度湍流火焰 邓克尔：邓克尔： 谢尔金谢尔金 ：大尺度湍流火焰大尺度湍流火焰 大尺度弱湍流火焰大尺度弱湍流火焰 ：： 大尺度大尺度强强湍流火焰湍流火焰 ： (Re>6000)邓克尔：邓克尔：谢尔金：谢尔金：挞兰挞兰脱夫脱夫：：复合层流前沿理论容积燃烧理论火焰传播速度规律四、影响湍流火焰传播速度的因素n湍流情况湍流情况湍流强度越大，火焰传播速度越大湍流强度越大，火焰传播速度越大n燃料种类以及可燃混合物成份燃料种类以及可燃混合物成份已经发现，湍流火焰的最大值偏向富燃料侧已经发现，湍流火焰的最大值偏向富燃料侧n压力压力压力增加将使湍流火焰传播速度增加，湍流火焰厚度压力增加将使湍流火焰传播速度增加，湍流火焰厚度减小初始温度越高，压力的影响越显著初始温度越高，压力的影响越显著n温度温度提高温度可以提高湍流火焰传播速度及减小火焰厚度。

提高温度可以提高湍流火焰传播速度及减小火焰厚度压力越高，温度的影响越大压力越高，温度的影响越大五、强化燃烧的途径n强化燃烧强化燃烧n设法提高火焰的传播速度设法提高火焰的传播速度 n强化层流燃烧火焰的途径强化层流燃烧火焰的途径n燃料燃料Qn空气化学当量比空气化学当量比,即燃料浓度即燃料浓度n温度温度Tf 与与T∞n压力压力——ρ0n添加剂添加剂n强化湍流火焰的途径强化湍流火焰的途径n n 除针对层流火焰燃烧的影响因素外除针对层流火焰燃烧的影响因素外n n设法提高湍流强度设法提高湍流强度n n提高混合气的压力及温度提高混合气的压力及温度n n还要注意提高湍流的气流速度，但是气流速度还要注意提高湍流的气流速度，但是气流速度过大会使火焰吹熄过大会使火焰吹熄一．爆震燃烧基本概念4.3 爆震燃烧 (abnormal combustion) 讨论下列问题：讨论下列问题：1）爆震燃烧与正常燃烧的区别？）爆震燃烧与正常燃烧的区别？ 2）冲击波形成原理？）冲击波形成原理？①①①① 传播机理不同传播机理不同传播机理不同传播机理不同②②②② 传播速度不同传播速度不同传播速度不同传播速度不同波中存在压力、温度和密度的波中存在压力、温度和密度的小变化而引起突然的大变化。

小变化而引起突然的大变化 冲冲冲冲击击击击波波波波（爆震燃烧：（爆震燃烧：气体燃料受气体燃料受 极迅速的绝热极迅速的绝热压缩而引起压缩而引起爆震燃烧：（爆震燃烧：>1000m/s））冲击波形成原理冲击波形成原理冲击波形成原理冲击波形成原理作业：作业：P86：1、3、5、6补充：4-1：试述湍流火焰与层流火焰的区别？4-2：试述爆震燃烧与正常燃烧的区别？二．燃烧波传播分析n n模型模型模型模型：一维定常运动的平面波：一维定常运动的平面波n n假设假设假设假设：：n混合气的流动混合气的流动(或燃烧波的传播速度或燃烧波的传播速度)是一维的稳定流是一维的稳定流动；动；n忽略粘性力及体积力；忽略粘性力及体积力；n假定混合气为完全气体，其燃烧前后的定压比热为常假定混合气为完全气体，其燃烧前后的定压比热为常数，其分子量也保持不变；数，其分子量也保持不变；n反应区相对于管子的特征尺寸反应区相对于管子的特征尺寸(如管径如管径)是很小的，与是很小的，与管壁无摩擦，无热交换管壁无摩擦，无热交换n不是分析燃烧波在静止可燃混气中的传播，而不是分析燃烧波在静止可燃混气中的传播，而是将燃烧波驻定下来，可燃混气不断向燃烧波是将燃烧波驻定下来，可燃混气不断向燃烧波流来，则流来，则燃烧波相对于无穷远处的可燃混气的燃烧波相对于无穷远处的可燃混气的流速就是燃烧波的传播速度流速就是燃烧波的传播速度。

n传播方程：传播方程：能量方程（忽略了粘性力，体能量方程（忽略了粘性力，体积积力及无力及无热热量交量交换换））：状状态态方程：方程： 状状态态的的热热量方程量方程: 连续连续性方程：性方程： 动动量方程量方程（忽略了粘性力，体积力（忽略了粘性力，体积力：： （1）（2）（3）（4）（5）—— 在在p—1/ρ 图上是一直线，其斜率为图上是一直线，其斜率为-m2，此直线，此直线称为称为RayleighRayleigh线线线线 —— Hugoniot（休贡纽）方程，它在（休贡纽）方程，它在p—1/ρ图上的曲图上的曲线为线为HugoniotHugoniot曲线曲线曲线曲线 n n  图图4-19 Hugoniot 曲线各分支示意图曲线各分支示意图预混合固定火焰预混合固定火焰 预混合移动火焰预混合移动火焰 。