高等燃燒學(xué)-3燃燒物理學(xué)基礎(chǔ)

1、 Institute of Energy and Environment, Chongqing University Chongqing 40044, P. R. CHINA E-mail: 輸運(yùn)定律n多組分氣體基本參數(shù)的定義n射流理論- 直流自由射流- 旋轉(zhuǎn)射流n氣固多相流理論第2章 燃燒物理學(xué)基礎(chǔ)2.1引言燃燒物理學(xué)涉及的內(nèi)容 Institute of Energy and Environment, Chongqing University Chongqing 40044, P. R. CHINA E-mail: 質(zhì)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(diǎn)處組分的質(zhì)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(zhì)量相對濃度，或稱為質(zhì)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(chǎn)生擴(kuò)散。在單位時(shí)間內(nèi)、單位面積上流體A擴(kuò)散造成的物質(zhì)流與在B中流體A的濃度梯度成正比，即： AAABJDy 圖 費(fèi)克擴(kuò)散定律示意圖二、擴(kuò)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(kuò)散問題時(shí)，常常把考慮的組分當(dāng)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?jǐn)U散問題，那么擴(kuò)散方程可以寫為： sssJDy 二、擴(kuò)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(kuò)散方程表示成分壓力梯度或質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的形式，即： sssMpJDRTy sssfJDy 二、擴(kuò)散定律 Institute of Energy and Environment, Chongqing University Chongqing 40044, P. R. CHINA E-mail: 也可以把擴(kuò)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(kuò)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(gè)微元表面，各組分?jǐn)U散的物質(zhì)流之和為零 0ssssssssJgfgfgg 0sssV 二、擴(kuò)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(dǎo)熱問題不同于單組分氣體的導(dǎo)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(yīng)當(dāng)有擴(kuò)散的物質(zhì)流所攜帶的焓值。即對普通的傅立葉導(dǎo)熱定律應(yīng)進(jìn)行修正，而成為修正的傅立葉導(dǎo)熱定律 ssssTqf V hy 其中：,0Tso sp shhCdT包括顯焓和生成焓（即化學(xué)焓）兩部分 二、擴(kuò)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?cái)?shù)斯密特?cái)?shù)劉易斯數(shù)三、三個(gè)重要的無量綱數(shù) Institute of Energy and Environment, Chongqing University Chongqing 40044, P. R. CHINA E-mail: 組分的守恒關(guān)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(kuò)散運(yùn)動組分?jǐn)U散出去的量，再加上由于化學(xué)反應(yīng)消耗掉的組分的量，應(yīng)該等于同一時(shí)間內(nèi)，微元體內(nèi)組分物質(zhì)質(zhì)量的減少。 圖4-3 微元體各面上應(yīng)力分析四、擴(kuò)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(kuò)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(yīng)力分析四、擴(kuò)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(kuò)散而造成的凈物質(zhì)流量 sfx y z

10、 ty sfx y z tz ssfDx y z tyy ssfDx y z tzz 四、擴(kuò)散方程 Institute of Energy and Environment, Chongqing University Chongqing 40044, P. R. CHINA E-mail: 在同一時(shí)間內(nèi)，微元體內(nèi)由于化學(xué)反應(yīng)使得s組分的生成或消耗為w，n同一時(shí)間內(nèi)微元體內(nèi)s組分的質(zhì)量隨時(shí)間的變化 sfx y z tt 四、擴(kuò)散方程ssssfuffftxyzsssssssfffDDDxxyyzz Institute of Energy and Environment,

11、Chongqing University Chongqing 40044, P. R. CHINA E-mail: 應(yīng)用連續(xù)性方程ssssffffutxyzsssssssfffDDDxxyyzz四、擴(kuò)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(kuò)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(jìn)行流動，這些物質(zhì)存在速度梯度，溫度梯度和濃度梯度。于是在流動過程中進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)進(jìn)行動量交換、能量交換和質(zhì)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(shí)，不可回避射流問題- 射流研究建立在流體力學(xué)和傳熱、傳質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)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(guān)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(zhì)具有相同的物理屬性，又稱自由淹沒射流：射流不旋轉(zhuǎn)，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(diǎn) 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(jìn)行質(zhì)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(cè)速度為零點(diǎn)的包絡(luò)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(nèi)的區(qū)域：射流外邊界延長線的交點(diǎn) 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(diǎn)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(xiàn)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(jīng)驗(yàn)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(guān)，稱為自由射流的自模性29. 097. 010025 . 1Rasuuyyuussmbsms經(jīng)驗(yàn)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(diǎn)處射流軸向速度usm某點(diǎn)對應(yīng)的軸線處射流軸向速度us0射流核心區(qū)軸向速度y某點(diǎn)距射流軸線距離yb某點(diǎn)所在

18、截面射流邊界半徑無量綱距離a為經(jīng)驗(yàn)系數(shù) 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(zhì)濃度yb射流邊界半徑f0射流介質(zhì)濃度初始值y射流某點(diǎn)到軸線距離f射流無窮遠(yuǎn)處介質(zhì)濃度R0噴口半徑f某截面上某點(diǎn)處介質(zhì)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(zhuǎn)射流n旋轉(zhuǎn)射流有三個(gè)方向分速度- 軸向速度- 切向