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对冲火焰(选修)

下一节:小结

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对冲火焰(选修)课程教案、知识点、字幕

整个这一讲

我们已经把它的

基本的一些非预混火焰的

一些基本特征

都已经讲的比较明白

下面的话

我们讲一种非常特殊的

非预混火焰

这是一种专门实验室

可以来产生一维的

非预混火焰的这么一种方法

我们把它称之为对冲火焰

那么这种对冲火焰的话

实际上是这是这几十年来

我们为了更好的去研究

这样一个非预混火焰

包括也是预混火焰

都可以采用这样的方法

它的特征是什么

它的火焰面

可以看作一维的

所以我们做它的理论分析

做它的研究

非常之有效

所以我们这个工作的话

现在成为一种

标准的实验室的火焰

来研究各种燃料的

这种层流预混火焰

或者是层流非预混火焰

那我们在对它进行

数学描述之前

我们对它一些基本特征

做一些理解

首先我们如果纯粹

从流动的角度来讲

那么它怎么样

它中间一定会产生一个滞止面

当然我们一般氧化剂和燃料

怎么样

通常我们根据前面的理解

氧化剂怎么样

一定会大于燃料 对吧

所以它氧化剂和燃料喷射

如果是刚好有化学当量比的话

那么它一定会

中间产生一个滞止面

而滞止面怎么样

会偏移燃料那一侧

但是燃料和氧化剂

它都有扩散

所以它的火

如果形成一个火焰面的话

它通常是在氧化剂那一侧

会形成一个火焰面

这是它的一个基本特征

所以这些东西

我们都容易去理解

那么这个面是怎么样

就是f等于fstoic的面

就是什么

就是火焰的面

而我滞止面是什么

是速度等于0的面

这两个面往往是不一样的

当然非常特殊的

它们可能会一样

但是总的来说

它应该是不一样的

那么对于大多数碳氢燃料

我们刚才说了

大概fstoic大概远小于1的

如果刚好等于0.5的话

滞止面会在和它一样

对不对

那么如果fstoic小于1的话

那么我们刚才说了

一般都在氧化剂那一块

有一个

就是偏氧化剂那一块

是有一个火焰面

当然fstoic如果大于0.5的话

那就跑到什么

跑到燃料侧去了

所以很有意思这样一个现象

我们可以做很多很多

这方面的研究

好 我们对它的数学描述

建模的话是两种方法

第一种方法

我们假设是有一个

无限远处的点源

产生的驻点的势流

再加上边界层的分析结合起来

就很容易

就可以很好的去进行研究

但这个分析有一个缺点

它两个喷嘴之间

有限的距离

没有办法得到考虑

而第二种方法的话

是明确提出

这两个流体

就是从两个喷嘴流出的

而不是从无限的源点发出的

那下面的话

我们主要是用这种方法

来进行求解

这个模型最初是针对预混火焰的

后来的话

扩展到了非预混火焰

下面的话我首先是对

理论过程

做一个非常简单的概述

然后的话用这样一个模型

来看一看甲烷和空气的

非预混火焰的

具体的结构

如果大家对有兴趣的话

那么可以进一步的参考文献

现在应该说有很多的

标准的计算方法

比如现在我们公认的标准方法

就是Sandia的

叫PREMIX和OPPDIX

一个实际上是预混火焰

一个是扩散火焰的

或者我们叫非预混火焰的

这两个主要的

这样一个工具

然后可以进行计算

那么这种方法的话

总的目标是想办法什么

一般来说我们做燃烧研究

都是一些偏微分方程组

那我们想办法

变成一个常微分方程组

那么然后就可以用一个

边界层的方法来进行求解

所以具体的方法

我就不做介绍了

它主要是通过势函数

流函数的这样一套方法

那么大家如果有兴趣

可以参考一下

书上的有关的内容

如果更进一步希望了解

这些流体力学的基本知识的话

可以通过很多的

流体力学书上

都应该会介绍到这样的方法

针对这样去旋转流动

和转弯流动

都可以用这样的方法

来进行研究

那么最后的话它得到的

就可以得到一个

动量的守恒的方程

实际上就是一个

随着一维的

压力的变化的情况

那么这两个式子的话

我们就可以把它表示成一个

随着整个的压力的问题

那么这个问题的话

实际上是一个一维的问题

它都是统统是x的函数

我们就这样的话

就可以把它变成一个

非常简单的压力

实际上是跟高度的

一个关系式

它实际上是一个

dH/dx这样一个

H实际上是

它径向压力梯度的

一个特征值

特征值dH/dx就等于0

这样就非常容易

而且现在我们是

马赫数很低的

基本上可以认为什么

压力完全相同

那么我们把轴向动量就去掉了

只需要有一个

径向动量的方程组

那么相应的话

我们就列出来动量的方程组

而且的话

就变成了一个什么

随着x的一个常微分方程组

这些常微分方程组

就可以进行求解

详细的求解过程

我们就不去说了

它主要的未知数

是主要是有温度 组分

对吧

还有就是特征值

那么这些的话

我们就可以进行求解

那包括它当然需要它的边界条件

包括x=0 x=L

也就是燃料和氧化剂

包括它的温度

包括它的密度 流量等等这些

如果把它列出来了以后

我们就有可能

对它的火焰结构进行分析

好 下面我们就用甲烷

和空气的火焰结构来对吹

看它的非预混火焰的情况

是怎么样子的

而就是刚才我说的

是Miller和Bowman

就是用的刚才

Sandia实验室

OPPDIF的软件

来进行计算的

计算的结果的话

大家可以看一看

这样一个计算结果

大家可以看出来

一看就知道怎么样

一个它的Φ你看看

燃料是100%是甲烷

氧化剂是用的是空气

那么可以看出来怎么样

由于Φ

等于1的位置

刚好是火焰面的位置

可以看出来

那么实际上温度最高的位置

所以可以看出来

刚好在中间

温度最高的位置

刚好Φ等于1

曲线是Φ乘上一千

等于一千

就是Φ等于

那个左边一千的位置

刚好Φ等于1的位置

就是温度的一个变化

很容易理解

中间温度最高

两边温度

Φ的话

就是一个单向的一个计算

而速度

你看发现一个非常有趣的现象

本来速度如果是没有燃烧

它会怎么样

它就是应该是一个连续分布的

对吧

那么刚好大概在中间有一个值

当然Φ

就是速度等于0

那么一边是这样对

它刚好是一个

但是由于温度的增加

它实际上什么

有一个膨胀

你看在温度最高的时候

它速度突然有一个加速

所以它0速度面怎么样

是往什么

往左边偏了

会非常有意思

大家可以看看图

好 对对吹火焰的话

现在实际上有很多很多的

实验在进行

那么也有很多

各种各样的实验台架

那么现在包括高压的

不同的氧化剂等等的

各种各样的火焰都可以看到

这是一个最新的

就是日本的这样一个实验装置

它看到它各种不同的

氧气里边的火焰的这样一个形式

燃烧理论课程列表:

第一章 导论

-1.1 我们为什么要学习燃烧理论

--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

--1.2 什么是燃烧:定义与现象

-1.3 燃烧科学发展简史

--1.3 燃烧科学发展简史

-1.4 燃烧科学的研究方法

--1.4 燃烧科学的研究方法

-1.5 课程的结构

--1.5 课程的结构

第二章 燃烧与热化学

-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

--反应物与生成物的组成

--绝对(或标准)焓和生成焓

--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

--回热式和蓄热式交换器

--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

第三章 传质引论

-3.1 传质概述

--3.1.1传质概述

-3.2 传质理论基础

--3.2.1菲克扩散定律

--3.2.2扩散的分子基础-分子动力学

--3.2.3扩散系数的微观推导(选修)

--3.2.4组分守恒方程推导

-3.3 传质应用实例

--3.3.1应用实例一:液面蒸发

--3.3.2蒸汽界面边界条件

--3.3.3液滴蒸发

-3.4 小结

--3.4.1液滴质量守恒+小结

-第三章 传质引论--第三章作业

第四章 化学动力学

-4.1 概述

--概述

-4.2 总包反应与基元反应

--总包反应与基元反应

-4.3 基元反应速率

--双分子反应和碰撞理论

--其他基元反应

-4.4 多步反应机理的反应速率

--净生成率

--反应速率常数与平衡常数关系

--稳态近似

--单分子反应机理

--链式反应和链式分支反应(一)

--链式反应和链式分支反应(二)

--化学时间尺度(一)

--化学时间尺度(二)

--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)

--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

第五章 一些重要的化学机理

-5.1 概述

--概述

-5.2 H2-O2系统

--H2-O2系统

--H2-O2系统爆炸特性

-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

--总包反应和准总包机理

-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

--氮氧化物的形成(一)

--氮氧化物的形成(二)

--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

第六章 反应系统化学与热分析的耦合

-6.1 概述

--6.1 概述

-6.2 定压-定质量反应器

--6.2 定压-定质量反应器

-6.3 定容-定质量反应器

--6.3 定容-定质量反应器

-6.4 全混流反应器

--6.4 全混流反应器

-6.5 柱塞流反应器

--6.5 柱塞流反应器

-6.6 燃烧系统建模中的应用及小结

--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

第七章 反应流的简化守恒方程

-7.1 概述和总质量守恒

--7.1 概述和总质量守恒

-7.2 组分质量守恒

--7.2 组分质量守恒

-7.3 多组分扩散(选修)

--7.3 多组分扩散(选修)

-7.4 动量守恒方程(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

--7.5 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

--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

第八章 层流预混火焰

-8.1 概述及物理描述

--8.1 定义及重要特征与实验室典型火焰

-8.2 层流火焰分析

--8.2.1 简化分析

--8.2.1 简化分析(续)

--8.2.2 详细分析

-8.3 影响火焰速度和火焰厚度的因素

--8.3.1 温度、压力和当量比,燃料选型及火焰速度选型

--8.3.2 火焰速度测量

-8.4 熄火、可燃性和点火

--8.4.1 冷壁熄火

--8.4.2 可燃极限和点火

-8.5 火焰稳定及小结

--8.5 火焰稳定及小结

-第八章 层流预混火焰--第八章作业

第九章 层流非预混火焰

-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

--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

--各种不同的解法(一)(选修)

--9.4.5 各种不同的解法(二)(选修)

-9.5 不同几何形状燃烧器的火焰长度

--圆口和槽型口燃烧器火焰长度

--火焰长度的影响因素

--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

第十章 液滴的蒸发与燃烧

-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

--质量守恒和组分守恒

--温度分布

--液滴表面能量守恒

--火焰面处能量守恒

--液气平衡 总结和求解

--燃烧速率常数和液滴寿命

--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

--液滴数目和液滴相守恒

--总守恒方程

--气相成分和气相能量守恒

--液滴动量守恒 模型总结

--例题

-10.5 小结

--小结

-第十章 液滴的蒸发与燃烧--第十章作业

第十一章 固体燃烧

-11.1 概述及燃煤锅炉

--11.1.1 概述

--11.1.2 燃煤锅炉

-11.2 非均相反应

--11.2.1 非均相反应及表面化学反应

--11.2.2 碳反应的半总包机理反应

-11.3 单颗粒碳的燃烧-单膜模型

--11.3.1 模型建立

--11.3.2 质量与组分守恒与表面化学动力学

--11.3.3 电路比拟与碳燃烧控制

--11.3.4 能量守恒

-11.4 单颗粒碳的燃烧-双膜模型

--11.4.1 模型建立

--11.4.2 组分守恒、封闭性和表面化学反应

-11.5 颗粒燃烧速度

--11.5 颗粒燃烧速度

-11.6 煤的热解及燃烧

--11.6 煤的热解及燃烧

-第十一章 固体燃烧--第十一章作业

第十二章 湍流燃烧入门(选修)

-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

--湍流模型方法(1)

--湍流模型方法(2)

-12.5 湍流预混火焰

--湍流火焰速度

--湍流火焰结构与模式

--12.5.3 例题

--层流火焰折皱模式

--分布式反应区模式和漩涡小火焰模式

--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

--课程总结

对冲火焰(选修)笔记与讨论

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