《消防燃燒學(xué)》第7章_射流混合過程

1、1回顧回顧p第一篇：燃料n介紹了燃料的基本性質(zhì)、分類，以及成分表示方法，不同的成分表示方法的換算p第二篇：燃燒計算n燃料燃燒時的空氣需要量，產(chǎn)物生成量的計算方法（化學(xué)反應(yīng)方程式的質(zhì)量比、系數(shù)比）n燃燒溫度，發(fā)熱溫度的近似求解過程（內(nèi)插值近似法）n氣體分析方程、空氣消耗系數(shù)和熱損失的產(chǎn)物成分計算方法以燃燒的結(jié)果作為研究對象，沒有考慮燃燒是如何進(jìn)行的2第三篇第三篇 燃燒基本原理燃燒基本原理3第三篇第三篇 燃燒基本原理燃燒基本原理一、燃燒的定義一、燃燒的定義工程燃燒學(xué)工程燃燒學(xué)-第七章第七章燃燒過程：從混合（擴散）到燃燒反應(yīng)完成的整個過程燃燒過程：從混合（擴散）到燃燒反應(yīng)完成的整個過程 所謂燃燒，通

2、常伴有放熱、火焰、發(fā)光和（或）發(fā)煙現(xiàn)象所謂燃燒，通常伴有放熱、火焰、發(fā)光和（或）發(fā)煙現(xiàn)象, ,是可燃物與氧化劑作用發(fā)生的氧化反應(yīng)。是可燃物與氧化劑作用發(fā)生的氧化反應(yīng)。燃燒過程是一種復(fù)雜的物理過程和化學(xué)過程的綜合，它既有燃燒過程是一種復(fù)雜的物理過程和化學(xué)過程的綜合，它既有流動、擴散、混合等物理現(xiàn)象，又有氧化還原反應(yīng)，并放出流動、擴散、混合等物理現(xiàn)象，又有氧化還原反應(yīng)，并放出光和熱的化學(xué)現(xiàn)象。光和熱的化學(xué)現(xiàn)象。燃燒是一種復(fù)雜的物理化學(xué)過程燃燒是一種復(fù)雜的物理化學(xué)過程三傳一反：三傳一反： 動量傳遞（流動）動量傳遞（流動） 熱量傳遞熱量傳遞 質(zhì)量傳遞（擴散）質(zhì)量傳遞（擴散） 化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)4第三篇第

3、三篇 燃燒基本原理燃燒基本原理工程燃燒學(xué)工程燃燒學(xué)-第七章第七章混混-表示混合所需要的時間表示混合所需要的時間熱熱-表示混合后的的可燃物到達(dá)開始燃燒反應(yīng)的溫度所表示混合后的的可燃物到達(dá)開始燃燒反應(yīng)的溫度所需要的時間需要的時間化化-表示完成化學(xué)反應(yīng)所需要的時間表示完成化學(xué)反應(yīng)所需要的時間混熱化燃燒過程的進(jìn)行主要是受化學(xué)動力學(xué)影響，還是受擴散因燃燒過程的進(jìn)行主要是受化學(xué)動力學(xué)影響，還是受擴散因素的影響。素的影響。5第三篇第三篇 燃燒基本原理燃燒基本原理（一）基本分類（一）基本分類二、燃燒的分類二、燃燒的分類工程燃燒學(xué)工程燃燒學(xué)-第七章第七章 （1）動力燃燒動力燃燒（動力學(xué)因素控制，預(yù)混燃燒、爆（動

4、力學(xué)因素控制，預(yù)混燃燒、爆 炸）：炸）： 混混 熱熱+ 化化 （3）中間燃燒中間燃燒：介乎兩者之間：介乎兩者之間6第三篇第三篇 燃燒基本原理燃燒基本原理燃燒狀態(tài)燃燒狀態(tài)燃燒分類燃燒分類與時間的關(guān)系與時間的關(guān)系穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)與空間的關(guān)系與空間的關(guān)系一維、二維和三維一維、二維和三維初始反應(yīng)物的混合狀態(tài)初始反應(yīng)物的混合狀態(tài)預(yù)混燃燒和非預(yù)混燃燒預(yù)混燃燒和非預(yù)混燃燒氣體流動狀態(tài)氣體流動狀態(tài)層流、紊流層流、紊流 和過渡燃燒和過渡燃燒按反應(yīng)物物態(tài)按反應(yīng)物物態(tài)均相和異相燃燒均相和異相燃燒燃燒波的速度燃燒波的速度緩燃（亞音速波）、爆震（超音速波）緩燃（亞音速波）、爆震（超音速波）按燃料按燃料氣體、液體

5、和固體燃料燃燒氣體、液體和固體燃料燃燒工程燃燒學(xué)工程燃燒學(xué)-第七章第七章（二）其他分類（二）其他分類7主要內(nèi)容p射流混合過程p燃燒反應(yīng)速度和反應(yīng)機理p著火過程p燃燒傳播過程p異相燃燒p火焰的結(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定8第七章第七章 射流混合過程射流混合過程實際意義實際意義 物理因素在整個燃燒過程起著更為重要物理因素在整個燃燒過程起著更為重要的作用；例如有焰燃燒。的作用；例如有焰燃燒。 射流是大多數(shù)工程燃燒混合的主要方式：射流是大多數(shù)工程燃燒混合的主要方式：除固體燃料有時以塊狀進(jìn)行燃燒外，其它除固體燃料有時以塊狀進(jìn)行燃燒外，其它燃料和氧化劑都是以射流形式送入燃燒空燃料和氧化劑都是以射流形式送入燃燒空間的。間的

6、。工程燃燒學(xué)工程燃燒學(xué)-第七章第七章9第七章第七章 射流混合過程射流混合過程工程燃燒學(xué)工程燃燒學(xué)-第七章第七章分類：分類：根據(jù)射流噴嘴：平面射流與圓形射流根據(jù)射流結(jié)構(gòu)：直流射流與旋轉(zhuǎn)射流平行射流與相交射流環(huán)形射流與同軸射流根據(jù)射流環(huán)境：自由射流與受限射流層流射流與湍流射流根據(jù)射流流動：主要學(xué)習(xí)內(nèi)容：主要學(xué)習(xí)內(nèi)容： 各種射流的定義，射流的形成條件與一般特征。各種射流的定義，射流的形成條件與一般特征。10第七章第七章 射流混合過程射流混合過程工程燃燒學(xué)工程燃燒學(xué)-第七章第七章117.1 7.1 靜止氣體中的自由射流靜止氣體中的自由射流一、一、自由射流的定義自由射流的定義 流體由噴嘴流出到一個足夠大

7、的空間后，流體由噴嘴流出到一個足夠大的空間后，不再受不再受固體邊界限制固體邊界限制而繼續(xù)擴散的一種流動。其燃燒裝而繼續(xù)擴散的一種流動。其燃燒裝置稱為大氣燒嘴，例如家用煤氣灶。置稱為大氣燒嘴，例如家用煤氣灶。二、二、自由射流的特點自由射流的特點 射流氣體離開噴口以后，因與外圍流體射流氣體離開噴口以后，因與外圍流體之間有速度差，且有粘性，故產(chǎn)生紊流漩之間有速度差，且有粘性，故產(chǎn)生紊流漩渦層，與外圍流體進(jìn)行動量和質(zhì)量交換，渦層，與外圍流體進(jìn)行動量和質(zhì)量交換，導(dǎo)致各流動截面上的速度、濃度分布特征導(dǎo)致各流動截面上的速度、濃度分布特征發(fā)生變化。根據(jù)這些特征，沿射流的前進(jìn)發(fā)生變化。根據(jù)這些特征，沿射流的前進(jìn)

8、方向，可將射流分為方向，可將射流分為初始段初始段，過渡段過渡段和和自自模段（充分發(fā)展段）模段（充分發(fā)展段）工程燃燒學(xué)工程燃燒學(xué)-第七章第七章12初始段： 紅色部分為勢流核心；紅色部分為勢流核心；核核心區(qū)內(nèi)速度、濃度等與出口處心區(qū)內(nèi)速度、濃度等與出口處相同，長度約相同，長度約4-54-5d d0 0。7.1 7.1 靜止氣體中的自由射流靜止氣體中的自由射流工程燃燒學(xué)工程燃燒學(xué)-第七章第七章= 1/2myy 自模段：軸向流速都呈正態(tài)相似分布；軸向流速都呈正態(tài)相似分布；x x/ /d d0 08-108-10 過渡段：射流截面上軸向速度分布不斷變化直至成為正態(tài)相似分布射流截面上軸向速度分布不斷變化直

9、至成為正態(tài)相似分布137.1 7.1 靜止氣體中的自由射流靜止氣體中的自由射流 根據(jù)普朗特混合長度理論，自由射流半寬根據(jù)普朗特混合長度理論，自由射流半寬(y)(y)： 軸向軸向u um m的沿程衰減規(guī)律：的沿程衰減規(guī)律： 軸心軸心C Cm m的沿程衰減規(guī)律的沿程衰減規(guī)律: : yconst x00/0.16 (/)1.5muuxd00/0.22 (/)1.5mCCxd2expumuyKux8292uK 2expcmCyKCx5457cK 工程燃燒學(xué)工程燃燒學(xué)-第七章第七章u u的分布規(guī)律：的分布規(guī)律：C C的分布規(guī)律的分布規(guī)律: := 1/2myy軸向流速和濃度的徑向分布都具有相似性：軸向流速

10、和濃度的徑向分布都具有相似性：14自由射流對周圍氣體的卷吸能力可用自由射流對周圍氣體的卷吸能力可用卷吸率卷吸率表示：表示：000exmmmmm7.1 7.1 靜止氣體中的自由射流靜止氣體中的自由射流工程燃燒學(xué)工程燃燒學(xué)-第七章第七章三、射流的卷吸及卷吸量的計算三、射流的卷吸及卷吸量的計算射流向前運動時，由于橫向的速度脈動及粘性，射流向前運動時，由于橫向的速度脈動及粘性，與周圍介質(zhì)產(chǎn)生動量交換，帶動周圍介質(zhì)運動，使與周圍介質(zhì)產(chǎn)生動量交換，帶動周圍介質(zhì)運動，使射射流的質(zhì)量沿流向逐漸增加流的質(zhì)量沿流向逐漸增加，這種現(xiàn)象稱為射流的，這種現(xiàn)象稱為射流的卷吸卷吸或或引射引射。有射流必有引射有射流必有引射。

11、 其中其中me e-為卷吸量；為卷吸量； mx-為為x截面處射流的總質(zhì)量流量；截面處射流的總質(zhì)量流量； m0-為射流的初始質(zhì)量流量。為射流的初始質(zhì)量流量。15 隨著與噴口距離x的增加，卷吸率是增大、減小還是保持不變？167.1 7.1 靜止氣體中的自由射流靜止氣體中的自由射流 （1） 時時 射流流量射流流量： ，與實驗條件有關(guān)。，與實驗條件有關(guān)。 卷吸率卷吸率：0s00 xemxKmd0.250.45eK 001eemxKmd（2） 時時 Thring提出用提出用當(dāng)量直徑當(dāng)量直徑de代替噴口直徑代替噴口直徑d0，即認(rèn)為噴出的氣體密，即認(rèn)為噴出的氣體密度為度為s，速度和動量保持恒定（為，速度和動

12、量保持恒定（為u0和和G0） 0s00ssuuGG1220200000011()44sssseesmmAAdddd10200()1eesmxKmd工程燃燒學(xué)工程燃燒學(xué)-第七章第七章 非等溫射流卷吸率非等溫射流卷吸率：17第七章第七章 射流混合過程射流混合過程工程燃燒學(xué)工程燃燒學(xué)-第七章第七章187.2 7.2 同向平行流中的自由射流同向平行流中的自由射流 噴入同向平行氣流中的射流，分單股平行射流和多股平行噴入同向平行氣流中的射流，分單股平行射流和多股平行射流。射流的擴展、軸心速度的衰減和射流核的長度主要與射射流。射流的擴展、軸心速度的衰減和射流核的長度主要與射流流體和環(huán)境流體之間的速度梯度有關(guān)

13、。流流體和環(huán)境流體之間的速度梯度有關(guān)。工程燃燒學(xué)工程燃燒學(xué)-第七章第七章 射流與外流間的速射流與外流間的速度梯度越大，混合速度梯度越大，混合速度就快；相反，混合度就快；相反，混合減緩，射流張角、速減緩，射流張角、速度及濃度沿軸向的變度及濃度沿軸向的變化率隨之減小，勢核化率隨之減小，勢核長度越大，當(dāng)二者相長度越大，當(dāng)二者相等時，勢核貫穿整個等時，勢核貫穿整個流場。流場。二、單股射流的特點二、單股射流的特點一、定義一、定義197.2 7.2 同向平行流中的自由射流同向平行流中的自由射流 Squire和和Trouncer從理論上分析了平行流中自由射流從理論上分析了平行流中自由射流的有關(guān)特性，提出射流

14、出口附近混合區(qū)中軸向速度的分布的有關(guān)特性，提出射流出口附近混合區(qū)中軸向速度的分布公式：公式：其中：其中：r r1 1和和r r2 2混合區(qū)的內(nèi)、外半徑，混合區(qū)的內(nèi)、外半徑， u u0 0和和u us s射流初速度和外圍流的速度射流初速度和外圍流的速度021(1 cos)2suurrurr工程燃燒學(xué)工程燃燒學(xué)-第七章第七章三、速度分布三、速度分布20根據(jù)軸向速度分布式和根據(jù)軸向速度分布式和Alpinieri的實驗數(shù)據(jù)的實驗數(shù)據(jù)(1)繪出了平行流中射流軸向繪出了平行流中射流軸向速度衰減圖，圖中速度衰減圖，圖中=us/u0由圖可看出，當(dāng)由圖可看出，當(dāng)由由0或或2.13趨向趨向1時，射流核越來時，射流

15、核越來越大，軸心速度衰減變慢越大，軸心速度衰減變慢射流特性的影響因素射流特性的影響因素7.2 同向平行流中的自由射流同向平行流中的自由射流工程燃燒學(xué)工程燃燒學(xué)-第七章第七章（1 1）流速比流速比0suu217.2 7.2 同向平行流中的自由射流同向平行流中的自由射流射 流 的 半 速 線射 流 的 半 速 線（表示射流的擴（表示射流的擴散情況）隨流速散情況）隨流速比的變化情況。比的變化情況。從圖中可以看出，從圖中可以看出，當(dāng)當(dāng)1的情形時，得到一個重要結(jié)論：的情形時，得到一個重要結(jié)論：射流特性射流特性不僅與速度比有關(guān)，而且與密度比有關(guān)，當(dāng)兩者的密度比相差較不僅與速度比有關(guān)，而且與密度比有關(guān)，當(dāng)兩

16、者的密度比相差較大時，密度差引起軸線上的濃度有顯著衰減，以致于對速度比的大時，密度差引起軸線上的濃度有顯著衰減，以致于對速度比的變化不甚敏感。標(biāo)準(zhǔn)狀況下，變化不甚敏感。標(biāo)準(zhǔn)狀況下，H2、 CO2和空氣的密度分別為：和空氣的密度分別為：0.0899g/L、1.79g/L，為，為1.29g/L。23第七章第七章 射流混合過程射流混合過程工程燃燒學(xué)工程燃燒學(xué)-第七章第七章247.3 7.3 交叉射流交叉射流一、定義及應(yīng)用情況一、定義及應(yīng)用情況 以某一角度與主流相交的射流。以某一角度與主流相交的射流。 工業(yè)燃燒裝置中，經(jīng)常采用交叉射流，以實現(xiàn)以下功工業(yè)燃燒裝置中，經(jīng)常采用交叉射流，以實現(xiàn)以下功能：能：

17、強化燃燒或降溫強化燃燒或降溫，例如向火焰中噴射二次助燃空，例如向火焰中噴射二次助燃空氣。氣。二、流場結(jié)構(gòu)二、流場結(jié)構(gòu)正交射流正交射流 噴孔中心線與壁面交叉角為噴孔中心線與壁面交叉角為9090，主流沿，主流沿x x方向流方向流動。動。 工程燃燒學(xué)工程燃燒學(xué)-第七章第七章257.3 7.3 交叉射流交叉射流彎曲射流大致可彎曲射流大致可分為三段：分為三段：為為射流核射流核OB，比，比自由射流顯著縮自由射流顯著縮短，且向下游歪短，且向下游歪斜；斜；為顯著彎為顯著彎曲段射流剖面迅曲段射流剖面迅速變形；速變形；旋渦旋渦擴展段，射流轉(zhuǎn)擴展段，射流轉(zhuǎn)到主流方向。到主流方向。Os為為um聯(lián)結(jié)線，聯(lián)結(jié)線，Oc為幾

18、何中心線為幾何中心線工程燃燒學(xué)工程燃燒學(xué)-第七章第七章圓孔射流橫穿主流時的彎曲變形圓孔射流橫穿主流時的彎曲變形267.3 7.3 交叉射流交叉射流絕對穿透深度：絕對穿透深度：橫穿主流的射流彎橫穿主流的射流彎曲到和主流方向接近平行時，彎曲曲到和主流方向接近平行時，彎曲軸線離開噴射口的垂直距離。軸線離開噴射口的垂直距離。相對穿透深度：相對穿透深度：絕對穿透深度與噴絕對穿透深度與噴嘴直徑嘴直徑d d0 0之比稱為相對穿透深度。之比稱為相對穿透深度。穿透深度（穿透深度（y/d）與）與呈反比，歸呈反比，歸納為下列穿透深度的經(jīng)驗公式：納為下列穿透深度的經(jīng)驗公式：工程燃燒學(xué)工程燃燒學(xué)-第七章第七章正交射流的

19、穿透深度正交射流的穿透深度277.3 7.3 交叉射流交叉射流斜交射流斜交射流 為了助燃或降溫，有時需要二次空氣斜穿過主流，即為了助燃或降溫，有時需要二次空氣斜穿過主流，即噴孔中心噴孔中心線與壁面交叉角大于或小于線與壁面交叉角大于或小于9090。 彎曲變形規(guī)律：彎曲變形規(guī)律： 穿透深度隨流速比穿透深度隨流速比(=u(=u0 0/v/v0 0) )的增大而增大的增大而增大工程燃燒學(xué)工程燃燒學(xué)-第七章第七章射流軸線隨交角和流速比的變化射流軸線隨交角和流速比的變化28第七章第七章 射流混合過程射流混合過程工程燃燒學(xué)工程燃燒學(xué)-第七章第七章297.4 7.4 環(huán)狀射流和同心射流環(huán)狀射流和同心射流一、流

20、場結(jié)構(gòu)：一、流場結(jié)構(gòu)：（1 1）充分發(fā)展區(qū)充分發(fā)展區(qū)流動情況與軸對稱圓形射流相似；流動情況與軸對稱圓形射流相似；（2 2）但在噴嘴附近但在噴嘴附近 環(huán)狀射流中心形成低壓回流區(qū)；環(huán)狀射流中心形成低壓回流區(qū)；在同心射流交界面上，由于中在同心射流交界面上，由于中央噴管有一定壁厚，也會形成央噴管有一定壁厚，也會形成回流區(qū)?；亓鲄^(qū)。 因此，對環(huán)狀射流和同心射因此，對環(huán)狀射流和同心射流來說，噴嘴的幾何形狀，對流來說，噴嘴的幾何形狀，對鄰近噴嘴的射流狀態(tài)有較大影鄰近噴嘴的射流狀態(tài)有較大影響?；亓鲄^(qū)一般用于改善火焰響。回流區(qū)一般用于改善火焰的穩(wěn)定性。的穩(wěn)定性。工程燃燒學(xué)工程燃燒學(xué)-第七章第七章30二、外圍環(huán)狀

21、射流與中心射流的相互影響二、外圍環(huán)狀射流與中心射流的相互影響7.4 7.4 環(huán)狀射流和同心射流環(huán)狀射流和同心射流工程燃燒學(xué)工程燃燒學(xué)-第七章第七章 圖為中心射流的勢流核心圖為中心射流的勢流核心和軸心速度隨流速比和軸心速度隨流速比(=ua/uc)的變化情況。從圖中可以看出，的變化情況。從圖中可以看出，當(dāng)環(huán)狀射流的速度很小，例如當(dāng)環(huán)狀射流的速度很小，例如=0.08時，一直到時，一直到4d0距離內(nèi)，距離內(nèi)，中心射流的軸心速度都保持常中心射流的軸心速度都保持常量，也就是說，勢核長度約為量，也就是說，勢核長度約為中心噴嘴直徑中心噴嘴直徑d0的的4倍。倍。隨著隨著的增大，勢核長度越來越小，的增大，勢核長度

22、越來越小，中心射流速度衰減變快中心射流速度衰減變快。當(dāng)。當(dāng)=2.35時，中心射流很快被環(huán)時，中心射流很快被環(huán)流所吸收。流所吸收。環(huán)狀射流對中心射流的影響環(huán)狀射流對中心射流的影響317.4 7.4 環(huán)狀射流和同心射流環(huán)狀射流和同心射流工程燃燒學(xué)工程燃燒學(xué)-第七章第七章對于外圍環(huán)狀射流來說，用對于外圍環(huán)狀射流來說，用環(huán)縫寬度環(huán)縫寬度1/2(D2-D1)作為特性作為特性尺寸，環(huán)縫出口速度尺寸，環(huán)縫出口速度ua0作為作為特性速度時，中心射流對外特性速度時，中心射流對外圍射流的影響如圖所示。從圍射流的影響如圖所示。從圖中可以看出，圖中可以看出，隨著中心流隨著中心流速的增大（速的增大（減小），環(huán)形射減?。?/p>

23、，環(huán)形射流勢核逐漸減小，速度衰減流勢核逐漸減小，速度衰減變快變快。直到。直到=0.08時，經(jīng)過時，經(jīng)過相當(dāng)距離后（相當(dāng)距離后（D2-D1），環(huán)形），環(huán)形射流被中心射流完全吸收。射流被中心射流完全吸收。中心射流對外圍環(huán)形射流的影響中心射流對外圍環(huán)形射流的影響32第七章第七章 射流混合過程射流混合過程工程燃燒學(xué)工程燃燒學(xué)-第七章第七章337.5 7.5 旋轉(zhuǎn)射流旋轉(zhuǎn)射流一、定義一、定義 射流在離開噴嘴前先強迫流體作旋轉(zhuǎn)運射流在離開噴嘴前先強迫流體作旋轉(zhuǎn)運動，它從噴嘴噴出后便會一邊旋轉(zhuǎn)一邊向動，它從噴嘴噴出后便會一邊旋轉(zhuǎn)一邊向前運動，這就是前運動，這就是旋轉(zhuǎn)射流旋轉(zhuǎn)射流，簡稱，簡稱旋流旋流。工程燃燒

24、學(xué)工程燃燒學(xué)-第七章第七章（1 1）存在軸向分速度）存在軸向分速度v vx 、徑向分速度、徑向分速度 v vr r和切向分速度和切向分速度v v 二、特點二、特點（2 2）旋轉(zhuǎn)強烈到一定程度時，噴嘴附近）旋轉(zhuǎn)強烈到一定程度時，噴嘴附近可形成回流區(qū)可形成回流區(qū)347.5 7.5 旋轉(zhuǎn)射流旋轉(zhuǎn)射流工程燃燒學(xué)工程燃燒學(xué)-第七章第七章 實線實線 vx 虛線虛線 v 在軸心處在軸心處v vx05以后，以后，v 、vr 基本上消失，只有基本上消失，只有vx存在。存在。旋轉(zhuǎn)射流沿程無因次速度旋轉(zhuǎn)射流沿程無因次速度36(4) 射流中心有很強的卷吸力 7.5 7.5 旋轉(zhuǎn)射流旋轉(zhuǎn)射流工程燃燒學(xué)工程燃燒學(xué)-第七章

25、第七章 射流軸線上的靜壓力低于大氣射流軸線上的靜壓力低于大氣壓力壓力( (負(fù)壓負(fù)壓) )，說明旋轉(zhuǎn)射流中心，說明旋轉(zhuǎn)射流中心有很強的卷吸作用，有很強的卷吸作用，x x ，靜壓力，靜壓力大氣壓力，卷吸作用大氣壓力，卷吸作用 。377.5 7.5 旋轉(zhuǎn)射流旋轉(zhuǎn)射流 燃燒技術(shù)中，燃燒技術(shù)中，旋轉(zhuǎn)射旋轉(zhuǎn)射流是強化燃燒和組織火流是強化燃燒和組織火焰的一個有效措施，它焰的一個有效措施，它能有效地提高火焰穩(wěn)定能有效地提高火焰穩(wěn)定性和燃燒強度性和燃燒強度。 工程燃燒學(xué)工程燃燒學(xué)-第七章第七章38四、旋流的幾個相關(guān)概念四、旋流的幾個相關(guān)概念自由旋渦自由旋渦：靠流體內(nèi)部的位能變化（靜壓：靠流體內(nèi)部的位能變化（靜壓

26、或水位差）而運動，所以叫或水位差）而運動，所以叫“位流旋渦位流旋渦”。這種旋渦的回旋運動這種旋渦的回旋運動并非由外加扭矩所引并非由外加扭矩所引起起，若忽略摩擦損耗，則不同半徑上流體，若忽略摩擦損耗，則不同半徑上流體微團的動量矩應(yīng)當(dāng)守恒，故又叫微團的動量矩應(yīng)當(dāng)守恒，故又叫“自由旋自由旋渦渦”。 7.5 7.5 旋轉(zhuǎn)射流旋轉(zhuǎn)射流工程燃燒學(xué)工程燃燒學(xué)-第七章第七章特點特點：（1 1）切線速度）切線速度v v0 0與半徑成反比，即越靠近渦與半徑成反比，即越靠近渦心，切線速度越快；心，切線速度越快；（2 2）自由旋渦是一種）自由旋渦是一種“無旋無旋”圓周運動。圓周運動。397.5 7.5 旋轉(zhuǎn)射流旋轉(zhuǎn)射

27、流固體旋渦固體旋渦：流體繞中心按固體旋轉(zhuǎn)規(guī)律旋轉(zhuǎn)的流體繞中心按固體旋轉(zhuǎn)規(guī)律旋轉(zhuǎn)的旋渦，又叫強制旋渦。表達(dá)式為：旋渦，又叫強制旋渦。表達(dá)式為：旋風(fēng)或旋流是由外旋風(fēng)或旋流是由外圍的自由旋渦和渦圍的自由旋渦和渦核的強制旋渦組成，核的強制旋渦組成，二者整體叫做圓周二者整體叫做圓周旋渦旋渦rwv工程燃燒學(xué)工程燃燒學(xué)-第七章第七章407.5 7.5 旋轉(zhuǎn)射流旋轉(zhuǎn)射流旋流強度、旋流數(shù)旋流強度、旋流數(shù) 旋轉(zhuǎn)射流的規(guī)模和強度在控制火焰長度、提旋轉(zhuǎn)射流的規(guī)模和強度在控制火焰長度、提高燃燒強度及改善火焰穩(wěn)定性方面起著重要的作用。高燃燒強度及改善火焰穩(wěn)定性方面起著重要的作用。 在旋轉(zhuǎn)自由射流中，由于外力矩等于零，軸在

28、旋轉(zhuǎn)自由射流中，由于外力矩等于零，軸向動量向動量G Gx x及角動量及角動量G G都保持守恒。即都保持守恒。即constrdrprdrvvGRRxxx0022constrdrvrvGRx02工程燃燒學(xué)工程燃燒學(xué)-第七章第七章417.5 7.5 旋轉(zhuǎn)射流旋轉(zhuǎn)射流（1 1）旋流數(shù)）旋流數(shù) 軸向動量軸向動量Gx及角動量及角動量G都是旋轉(zhuǎn)射流的動力特性參數(shù)，都是旋轉(zhuǎn)射流的動力特性參數(shù)，由它們組成的無量綱數(shù)由它們組成的無量綱數(shù)s來反應(yīng)旋轉(zhuǎn)射流的旋轉(zhuǎn)強度，來反應(yīng)旋轉(zhuǎn)射流的旋轉(zhuǎn)強度，叫做旋流數(shù)。叫做旋流數(shù)。S的表達(dá)式為：的表達(dá)式為：0200222RxRRxxv rvrdrGsGRvrdrprdr R 意義：

29、旋流數(shù)意義：旋流數(shù)S S，不僅可以用來反映射流的旋轉(zhuǎn)強度，不僅可以用來反映射流的旋轉(zhuǎn)強度，而且，對于幾何相似的旋流裝置來說，它也是一個非而且，對于幾何相似的旋流裝置來說，它也是一個非常適用的表示射流動力相似的相似準(zhǔn)數(shù)。常適用的表示射流動力相似的相似準(zhǔn)數(shù)。工程燃燒學(xué)工程燃燒學(xué)-第七章第七章427.5 7.5 旋轉(zhuǎn)射流旋轉(zhuǎn)射流旋流數(shù)的計算旋流數(shù)的計算 計算旋流數(shù)時，需要知道旋轉(zhuǎn)射流中切向速度計算旋流數(shù)時，需要知道旋轉(zhuǎn)射流中切向速度v、軸、軸向速度向速度vx及靜壓及靜壓p沿半徑沿半徑r的分布規(guī)律，這對計算人員的分布規(guī)律，這對計算人員來說往往有一定困難，為了避免靜壓積分運算的困難，來說往往有一定困難，

30、為了避免靜壓積分運算的困難，將其忽略不計。將其忽略不計。00020022RxRxxv rvrdrGsGRvrdr R 旋流數(shù)具體的計算方法還應(yīng)視各種旋流裝置的結(jié)構(gòu)旋流數(shù)具體的計算方法還應(yīng)視各種旋流裝置的結(jié)構(gòu)特點有所不同。特點有所不同。工程燃燒學(xué)工程燃燒學(xué)-第七章第七章437.5 7.5 旋轉(zhuǎn)射流旋轉(zhuǎn)射流五、旋轉(zhuǎn)射流的流場結(jié)構(gòu)五、旋轉(zhuǎn)射流的流場結(jié)構(gòu) 流場結(jié)構(gòu)的探測方法流場結(jié)構(gòu)的探測方法 利用五孔球形皮托管或激光多普勒風(fēng)速儀可以探測利用五孔球形皮托管或激光多普勒風(fēng)速儀可以探測旋轉(zhuǎn)射流的速度分量旋轉(zhuǎn)射流的速度分量vx、vr、v及靜壓及靜壓p沿沿x和和r方向的方向的分布。分布。弱旋流：弱旋流：當(dāng)當(dāng)sss. .時，射流中心的軸向反壓梯度逐漸時，射流中心的軸向反壓梯度逐漸增大，以致克服該區(qū)軸向速度，并增大，以致克服該區(qū)軸向速度，并出現(xiàn)中部回流區(qū)出現(xiàn)中部回流區(qū)。工程燃燒學(xué)工程燃燒學(xué)-第七章第七章447.5 7.5 旋轉(zhuǎn)射流旋轉(zhuǎn)射流可以看出