浙大高等燃烧学_湍流燃烧理论模型_程乐鸣_2013_9.pdf

第四章 预混可燃气的湍流燃烧 程乐鸣 lemingc@zju.edu.cn 2013年9月29 日-10月3 日 §4.1 湍流燃烧及其特点 实际中各种燃烧装置中的燃烧过程往往都是湍流燃烧过程。 所谓湍流的确切定义尚难明确定义，但与层流的平滑分布 和有秩序流动相比较，可认为它具有： (1) 不规则性 只能用统计方法 (2) 扩散性 传递速度加快 (3) 具有明显的旋涡脉动 （尺寸大小：含能大、小， 脉动具有耗散性） (4) 是一种流动 （是流体受约束转弱的自收运动状态） 燃烧在湍流物中进行，即为湍流燃烧。 湍流燃烧形式：1）预混气（燃料气及空气预混） 2 ）扩散（燃料气及空气扩散）  以本生灯火焰为例: 当Re2300时，本生灯喷嘴火焰为 层流火焰，它的火焰十分薄，一般 只有0.01~1.0毫米。在层流火焰中 火焰前沿是很光滑的，并且基本上 成正圆锥形。 在湍流工况时，火焰根部前沿厚 度增加不多，但在火焰锥顶部，火 焰明显地变得很厚。在湍流工况下， 火焰前沿很明显出现了脉动和弯曲， 试验发现由于湍流脉动的结果，使 得湍流火炬的高度比层流短得多。 速度快，反应快，高度低 层流火焰与湍流火焰的特点比较 当Re 2300 层燃火焰 a) 前沿厚度0.01~0.1mm高度； b)火焰前沿光滑基本成正圆锥形； c) 20~200cm/s 当Re2300时，湍流火焰 （渐变过程） a) 火焰高度很小。说明S Sl T b) 火焰前沿出现脉动和弯曲 c) 收光区模糊 d) 有明显的噪音 e) 有较宽的反应区域 对于层流火焰，在一定条件下，火焰传播速度与试验装 置无关。 在研究湍流燃烧时，针对湍流火焰，同样期望确定其传 播速度时，不要与装置本身有关，以带有共性，仅与料量比： λ、μ、D等量数有关。 事实证明这是不可能的。 在某些化学当量比下，湍流中有效热扩散系数要比层流 中分子的热扩散系数大100倍，因此，湍流火焰的理论概念 不象层流火焰那样容易定义。 湍流燃烧火焰传播速度 湍流燃烧火焰传播速度: 湍流火焰前沿法向相对于新解可燃气运动的速度 S =u COSθ T 测定S 的常用方法有二种。 T (1) 定常开口火焰，本生灯法 (2) 定常封闭火焰 对于定常开口火焰，S 的大小测定 T (1) 测得U及θ V (2) 流入可燃预混气流量除以湍流火焰表面积 F 如何确定F是很困难的。 对于定常封闭火焰，困难如何确定火焰面积。 F S w l 0 F L