当前课程知识点：燃烧理论 > 第九章 层流非预混火焰 > 9.4 简化理论描述 > 概述
好 通过我们刚才对
非预混火焰的物理的描述
它有很多的特征
包括它的火焰长度
大概是什么样子的
它也会产生碳烟 对吧
我们也判断了一下
它用原来就是无反应的
这样一个理论的话
判断了一下它可能跟流量
跟它的扩散系数以及
它跟Ystoic 就是化学当量比的
燃料的浓度之间的关系
我们都有了一个概念
好 我们现在的话
真正来针对这样一个现象
我们试图去建立它的
一个基本的理论
当然我们刚才实际上已经
多次提到了我们最早的
对这样一个理论的话
是1928年第一次
第一届国际燃烧会议
Burke和Schumann他们
做的一个分析
后来虽然有很多很多人
对这样一个基本的分析
进行了不断的改进
但是Burke Schumann的理论
做了很多的假设
比如他们最最不合理
或者是大家觉得不对的一个
就是说速度场是恒定的
在整个过程当中
而且是平行于整个火焰轴
但是实际上根据我们前面的理解
它的速度肯定是在衰减的对吧
但一考虑衰减就很难
所以在相当一段时间
其他的各种理论的时候
怎么算
为了得到理论解
都不得不保留速度恒定的假设
直到什么呢
1977年有一个非常重要的突破
那就是Roper
Roper发展了他的理论
他去掉了恒速的条件
而且得到了
包括圆口 包括扁平口
包括方口等等
各种各样的形状
火焰长度的合理解
那我们接下来的讲解
主要是用的是Roper的理论
我们首先要来看一看
这个问题本身
它怎么去求解的
这个问题本身相当的有难度
要体会一下我们怎么一步步
去体会它这个简化理论的
这个过程
怎么去简化才能保证
包括比如我们怎么样去保证
它的一些基本方程的通用性
我们怎么把速度质量温度
这些大家非常熟悉的变量
变成无量纲化以后
变成守恒的标量
最后用一个方程
我们就把它求出来
这些过程的话非常有趣
所以怎么样（简化的）过程
我希望大家能够去理解
而这些过程正是我们
分析一个问题的关键
这就是Roper当时那篇文章
这当然只是一个部分
这是实验的
他实际上还有理论
还有不同的（文章）
当时他发一系列的文章
这应该说是对这个
关于非预混火焰的火焰（长度）
这样一个计算
应该是做了很大的贡献的
就像我们正常的做分析一样
我们首先要基本的假设
那我们假设什么
流动是稳定的轴对称的层流
那么燃料从中间管子里面喷出来
而喷到静止的无限大的
充满了氧化剂的
就像空气这么一个范围里面
而且在整个过程当中
只有燃料氧化剂产物
三种东西存在
而且火焰面
火焰面的内部只有燃料加产物
火焰的外部只有氧化剂加产物
所以实际上任何一个地方
只是有两种物质
所以就很简单
那我们假设火焰的化学反应无限快
无限快什么意思
燃料和氧化剂就是以
化学当量比进行化学反应
而且是在非常薄的薄层里边发生反应
就是一个火焰面
我们一开始讲的这个火焰区域
我们把这个区域完全做成一个面
所以我们把它这个叫做
火焰面的近似
这个的话就可以大大简化
我们的这个分析
当然我们的物质扩散是
遵守费克定律的二元扩散
那就很简单了对吧
因为它两种物质二元扩散也合理
而且我们假设
假设热扩散和质量扩散是相等的
这个表示什么意思
就是刘易斯数等于1
我们有印象前面那个
施密特数等于1对吧
这里面又引入了一个
刘易斯数等于1
希望大家对这个概念
要深刻的理解
我们完全忽略这个辐射换热
我们实际上前面讲到了
碳烟的形成辐射换热很重要
但是我们如果加辐射换热
可能这个分析就会很困难
我们先把它忽略掉
我们来看看会怎么样
我们只考虑
径向的动量 热和物质的扩散
而忽略轴向的扩散
这样的话我们的这个方程
就可以大大简化
而火焰的话轴线垂直向上的
那么有了这样一些基本假设
我们就可以很容易来做了
那么这个就是火焰面的假设的
一个来源
我们真正一开始讲的什么
它是一个燃烧区域
是有一个区域的
那实际上氧化剂燃料
在这个区域里边实际上
它是有共存的地方
那如果真正要去做就会很复杂
所以我们现在就无限的假设
就是火焰面就是一个面
你就可以看成什么
氧化剂从外边进来到达0（浓度）
燃料从里边扩散到火焰面
要达到0（浓度）
温度在这个地方达到最高
向两边扩散
如果我们这里边没有产物
产物实际上是中间最高
向两边扩散
中间而且是百分之百
这个产物对吧
有了这么一个假设
我们就可以开始来做了
当然第二部分我们要干点什么
就建立守恒方程
对吧这是大家都非常熟悉的
首先是质量守恒方程
质量守恒方程
这个质量守恒方程跟刚才
前面那个是不是一样
是完全一样的
就是在和没有燃烧时
是完全一样的
那么第二个呢
轴向动量守恒方程
但是我们要注意
这里面的ρ怎么样
是完全不一样了
所以像动量方程
大家注意一下
跟刚才我们没有反应的
那个（方程）怎么样
也是一样的
但是右边多了一项
多了一项什么
多了一项浮力的影响
ρ∞减去ρ乘上g
那么这个方程
不光是火焰内部成立
外部也成立 所以非常的容易
非常的容易
所以这两个方程中
看起来的形式
跟刚才没有反应的差不多
多了一项浮力的作用
而这个大家一定要注意
这个ρ在这里边是发生变化了
而刚才的这个ρ是不变的
是常密度的
这个就是差别
实际上真正的反应
也会出现差别
当然第三个就是物质守恒
对不对
物质守恒
物质守恒实际上也是一样
那么我们知道
任何一个Yi
比如火焰内的就可以是燃料
对不对
燃料的物质守恒方程
跟刚才也是一样的
对不对
那么化学反应
因为实际上增加了化学反应
产生在火焰面上
真正的内部
有没有化学反应
实际上没有化学反应
外部也是没有化学反应的
所以说它这个方程也是
跟刚才的一样
我产物的质量分数Ypr
又等于1-Yf 这个就是差别
但是一定要注意这个ρ
它变了 跟刚才实际上是有差异
这个ρ是变的
刚才我们在没有反应的时候
没有引入能量守恒
但是我们这里边的话呢
需要引入能量守恒
能量守恒是什么
实际上它是有换热的
也就是说由于温度有分布
所以它是一个放热反应
但这个反应
实际上就是一个
导热和它的
我们没有把辐射放进去
对不对
导热和它的焓的这个变化
控制体里面的一个方程
这个方程你看有没有源项
它是没有源项
为什么没有源项
因为放热
它的火焰面要无限大
实际上它的作为一个
边界条件存在
但如果我们的火焰
是一个区域的话
那么在这个区域里边
就有源项了
那这个问题就会变得非常复杂
求解起来就会很困难了
所以我们暂时就认为它是
无限快的
所以在火焰面的内部和外部
这个能量方程都没有源项
这样的这几个方程就显得
非常简单
好 我们来总结一下
我们有什么 有质量守恒
有动量守恒 有能量守恒
还有氧化剂和燃料
我们有五个方程对不对
有五个方程
我们也有五个未知数
径向速度
有轴向速度 温度
我们要（知道）氧化剂和燃料（浓度）
因为我们产物（浓度）一减
都知道的对不对
那么我们有状态方程
因为看上去它就可以求解了
对不对
可以求解
方程是封闭的
那但这是一个
这是一个偏微分方程
你真要去直接求解
还是有相当难度
当然现在我们可以
比如拿计算机直接去算
就可以了
那我们怎么办呢
我们来看看我们怎么一步一步的
去分析最后能够获得
它的直接的分析解
这是一个非常有趣的过程
-1.1 我们为什么要学习燃烧理论
-1.2 什么是燃烧：定义与现象
-1.3 燃烧科学发展简史
-1.4 燃烧科学的研究方法
-1.5 课程的结构
-2.1 概述
--概述
-2.2 状态参数复习
--状态参数复习
-2.3 热力学第一定律
--热力学第一定律
-2.4 反应物和生成物的混合物
--燃烧焓与热值
--例题
-2.5 绝热燃烧温度
--定压绝热燃烧温度
--定容绝热燃烧温度
-2.6 化学平衡
--第二定律的讨论
--吉布斯函数
--复杂系统（选修）
-2.7 燃烧的平衡产物
--全平衡（选修）
--水煤气反应的平衡
--压力影响
-2.8 应用
--例题
--烟气再循环
-2.9 小结
--小结
-第二章 燃烧与热化学--第二章作业
-3.1 传质概述
-3.2 传质理论基础
-3.3 传质应用实例
-3.4 小结
-第三章 传质引论--第三章作业
-4.1 概述
--概述
-4.2 总包反应与基元反应
-4.3 基元反应速率
--其他基元反应
-4.4 多步反应机理的反应速率
--净生成率
--稳态近似
--单分子反应机理
--部分平衡
-4.5 简化机理（选修）
--简化机理（选修）
-4.6 催化和非均相反应（选修）
-4.7 小结
--小结
-第四章 化学动力学--第四章作业
-5.1 概述
--概述
-5.2 H2-O2系统
--H2-O2系统
-5.3 一氧化碳的氧化
--一氧化碳的氧化
-5.4 高链烷烃的氧化
--三步机理
--八步机理
-5.5 甲烷燃烧
--复杂机理和起源
--甲烷燃烧动力学
--高温反应途径分析
--低温反应途径分析
-5.6 氮氧化物
--氮氧化物的危害
-5.7 小结
--小结
-第五章 一些重要的化学机理--第五章作业
-6.1 概述
--6.1 概述
-6.2 定压-定质量反应器
-6.3 定容-定质量反应器
-6.4 全混流反应器
-6.5 柱塞流反应器
-6.6 燃烧系统建模中的应用及小结
-第六章 反应系统化学与热分析的耦合--第六章作业
-7.1 概述和总质量守恒
-7.2 组分质量守恒
-7.3 多组分扩散（选修）
-7.4 动量守恒方程（选修）
-7.5 能量守恒方程-质量通量表达形式
-7.6 守恒标量的概念-混合物分数定义
-第七章 反应流的简化守恒方程--第七章作业
-8.1 概述及物理描述
-8.2 层流火焰分析
-8.3 影响火焰速度和火焰厚度的因素
-8.4 熄火、可燃性和点火
-8.5 火焰稳定及小结
-第八章 层流预混火焰--第八章作业
-9.1 概述
--概述
-9.2 无反应的恒定密度层流射流
--物理描述
--求解
--两个例子
-9.3 射流火焰的物理描述
-9.4 简化理论描述
--概述
--守恒标量
--状态关系式
-9.5 不同几何形状燃烧器的火焰长度
--两个例子
-9.6 碳烟的形成和分解
--碳烟的形成和分解
-9.7 对冲火焰（选修）
--对冲火焰（选修）
-9.8 小结
--小结
-第九章 层流非预混火焰--第九章作业
-10.1 概述
--概述
-10.2 液滴蒸发的简单模型
--基本假设
--气相分析
--气液界面能量平衡
--液滴寿命
-10.3 液滴燃烧的简化模型
--假设
--温度分布
--液滴表面能量守恒
--火焰面处能量守恒
--例题
--扩展到对流条件
-10.4 一维蒸发控制燃烧
--物理模型和假设
--总守恒方程
--例题
-10.5 小结
--小结
-第十章 液滴的蒸发与燃烧--第十章作业
-11.1 概述及燃煤锅炉
-11.2 非均相反应
-11.3 单颗粒碳的燃烧-单膜模型
-11.4 单颗粒碳的燃烧-双膜模型
-11.5 颗粒燃烧速度
-11.6 煤的热解及燃烧
-第十一章 固体燃烧--第十一章作业
-12.1 概述
--概述
-12.2 湍流现象与描述
--湍流的现象与描述
-12.3 湍流尺度
--湍流尺度
-12.4 湍流模型
-12.5 湍流预混火焰
--湍流火焰速度
--层流火焰折皱模式
--火焰稳定
-12.6 湍流非预混火焰
--射流火焰
--火焰长度
-12.7 湍流燃烧小结
--湍流燃烧小结
-课程总结
--课程总结
