9-湍流燃烧理论.pptVIP

THE END 思考题 影响火焰传播速度的因素有哪些？如何影响？ 表面皱折理论与容积理论的区别是什么？ 管口火焰的稳定条件是什么？管口点火环是如何建立的？ 湍流扩散火焰与雷诺数之间的关系如何？ 旋流射流的回流区是如何产生的？为什么说回流区对于火焰稳定是十分重要的？ 试讨论管口火焰中双层火焰前锋与空气过剩系数之间的关系？ §9.3 湍流非预混火焰 燃烧理论与应用 华中科技大学 煤燃烧国家重点实验室 被运用于绝大多数的实际燃烧系统中 火焰容易控制 燃烧剂与氧化剂燃烧前是分开的，一边混合一 边燃烧，燃烧过程主要受扩散混合过程控制 湍流非预混（扩散）火焰 湍流非预混火焰 在射流速度较低时，火焰保持层流状态，火焰前沿面光滑、稳定、明亮。 随射流速度增加，火焰高度增加，直到某一最大值，此时火焰仍保持层流。 再增大射流速度，火焰顶部开始出现颤动、皱折、破裂。由于湍流影响，湍流扩散混合加快，燃烧速度增加，使火焰高度缩短。 继续增加射流速度，开始颤动、皱折、破裂的点向喷口方向移动，直到破裂点靠近喷口。此时火焰达完全湍流状态，此后破裂点位置不变、火焰高度趋于定值。但噪音增加 如果过分增加射流速度，火焰会脱离喷口直至吹熄。 湍流非预混火焰－概述 定量试验数据 城市煤气，M=19.7; Air/Fuel=4.5 (近似为化学计量比） d=3.2mm Hottel Hawthorne 湍流非预混火焰－概述 d小于0.133in (3.4mm),火焰长度维持恒定 d大于0.152in,火焰长度以逐渐减小的速率增加。 湍流非预混火焰的几个重要特性： 1、低流速的层流火焰下，火焰高度与初始的射流直径无关，只与流速有关； 2、随流速的增加，湍流开始影响火焰高度，并出现过渡状态； 3、随着流速进一步增加，火焰长度或者维持恒定，或者以逐渐减小的速率增加； 4、喷嘴的初始直径对火焰长度的影响很大。 对称轴 理想火焰前沿 实际火焰前沿 O2 燃料 T 燃烧最高温度低于理论燃烧温度 燃料浓度高于氧浓度，燃料热分解，生成烟炱 湍流非预混火焰－概述 d －喷口直径 D －扩散系数 层流扩散火焰： d －喷口直径 ε －湍流涡团系数 湍流扩散火焰： 湍流非预混火焰－概述 湍流扩散火焰： 湍流非预混火焰－概述 湍流火焰高度与喷管直径成正比，而与气流速度、湍流扩散系数无关。 定量试验数据 城市煤气; 2.34≤d≤10.16mm Re2300 Wohl Gazey 湍流非预混火焰－概述 湍流扩散火焰的特点： 火焰前沿为颤动的、皱折的、破裂的。因此 测定火焰高度很不容易。 火焰前沿厚度较宽，并处于激烈脉动中。 火焰高度与射流速度无关，仅仅与喷嘴直径 成正比。 湍流非预混火焰－概述 湍流扩散火焰理论 湍流扩散火焰是工程科学中最重要的课题 之一，还有许多问题尚待解决。 火焰形状及大小 火焰保持及稳定 热传递 污染排放 湍流 燃烧 不同的密度 化学反应 ？ 湍流非预混火焰－理论 模拟非预混化学反应湍流的核心问题是解决 平均化学反应速率项和释热对湍流结构的影响问 题。在分析时，需要作一些与极限情况有关的基 假定。如高温条件下的快速化学反应假定和大 湍流条件下的快速混合假定等。 湍流非预混火焰－理论 处理方法： 守恒标量的方法 假定瞬时分子组分的浓度和温度仅是所研究时刻的守恒 标量浓度的函数，分子组分浓度仅与守恒标量有关，大大简 化了化学反应和湍流之间的相互作用。 双变量方法 除混合分数以外，再加上反应进度，可以把守恒标量方 法推广到复杂多步化学反应的问题。 直接封闭方法 当湍流雷诺数比较低，不同组分分子扩散系数的差值又 较大时，很难找到合适的守恒标量。 统计矩封闭、pdf封闭 湍流非预混火焰－理论 湍流扩散燃烧模型（一） 湍流扩散火焰结构的认识： 极限燃烧机制 火焰面燃烧机制 分布反应区机制 以火焰结构分析为引导： 涡耗散模型 设定PDF模型 层流小火焰面模型 条件矩封闭模型 主流 早期 新 湍流扩散燃烧模型（二） 关联矩模型 PDF输运方程模型 大涡模拟 以湍流模型思路为基础： 周力行老师USOM模型有实质性的突破。 陈义良老师的NIEM混合模型对于混合模型是很好的发展 亚网格尺度燃烧模型是关键 火焰辐射 湍流非预混火焰会产生大量的辐射。在某些实 际的应用中，这种辐射有利于负载的加热。而在其 他的应用中，这种辐射损失将使效率降低（如内燃 机），并有可能危及安全（如发光操作）。在燃气 轮机中，辐射热负荷是影响燃烧汽缸耐用性的主要 因素。 湍流非预混火焰－火焰辐射 辐射分数定义 火焰热量散失到周围的传递速度， 与火焰释放的总热量的比值 湍流非预混火焰－火焰辐射 根据燃