当前课程知识点:燃烧理论 > 第十二章 湍流燃烧入门(选修) > 12.5 湍流预混火焰 > 湍流火焰结构与模式
好 刚才我们定义了一个
湍流的预混火焰的
速度的概念
那我们来看一看湍流预混火焰
实际上我们已经很清楚了
它的速度
我们已经定义了它跟什么
跟它的流动有关
那么实际上你会发现
湍流预混火焰
它实际上在不同的湍流强度底下
你会发现它的火焰结构
实际上是不太一样的
所以我们来研究一下
它的火焰结构以及它的
我们或者称之为叫
湍流的燃烧的模式
实际上不同的情况是有不同的
我们再来继续来观察
刚才实际上我们说了
湍流我们
速度加大了以后
它火焰怎么样
火焰会变厚
原来非常薄
0.01毫米到1毫米的一个火焰面
那么变得很厚
但实际上你变得很厚
是我们人用肉眼去观察的
你真的去看到的什么
如果我非常高速的
摄影去看的话
你会发现什么
它每一个瞬间的火焰面
并没有厚
但是它火焰怎么样
变弯了
你看图
那么很多很多的弯
很多很多的火焰面
如果我长期曝光
实际上就变成了一个什么
右边图
它就变成了一个很厚的火焰面的
这么一个概念
这实际上就是什么
实际上就是平均的
或者宏观的一个特性
真正的微观的
任一个瞬间实际上看上去是什么
是火焰面怎么样
变得扭曲了
那么你可以假设
它在火焰面上的速度怎么样
基本上还是保持层流速度
而宏观上讲的话
看上去就是速度提高了
而对于任何一个面上
是可以这样
这一般来说
是这样一个火焰结构
这指的是一个
做到这么一种情况
那我们
根据我们通过对湍流燃烧
预混燃烧的进行分析的话
发现它可以存在三种模式
一种我们把它称之为
层流火焰的折皱的模式
也就是刚才我们说的那种现象
它并不是真正的就是
完全混杂在一起
而是什么
是火焰面
还是保持
但是火焰面是被折皱了
你如果从一个宏观的角度来看
它是什么
它是速度提高了
但从微观来看
它只是什么
还是保持层流的反应
那么第二类反应区
我们把它叫分布式反应区
第三类的话
我们叫旋涡的小火焰的模式
我们来看看这三种模式
是什么样子的
那么这是一个非常典型的一个
就是我们内燃机的燃烧的过程
你可以看出来
它燃烧
一个小火焰
它就是你看它的火焰面
怎么样
是完全是一个不规则的
它不断的扩大的一个过程
而这完全不同了
好 我们怎么来进行这种
模式的判别
那么首先我们来看一看
这是什么
褶皱的层流的小火焰
这种现象
我们如果从它的整个的
看来说
我们什么现象可能出现
δL小于等于lk
δL是什么
是层流的火焰的厚度
lk是什么
Kolmogorov的尺度
那我们知道Kolmogorov尺度
通常在多大
0.1个毫米左右对不对
δL如果小于1个毫米是什么
δ一薄说明它的化学反应速度
会非常非常快
那么这种情况的话
显然它是什么
是褶皱的这么一种现象
而第二种现象
我们叫做旋涡小火焰的模型
那么刚好什么
它火焰厚度
大于lk
比如lk我刚才0.1毫米
它可能1毫米
而小于什么
宏观的尺度
那么火焰在哪里
就是大的涡里边
就是旋涡里边有小火焰
对 这种现象
大家可以想象一下
这种我们叫旋涡小火焰
而这是一个非常典型的
而且大部分
属于是前两者
还有第三个
我们叫分布反应模型
δL要大于l0
也就是说我火焰厚度要比l0
还要大
你想一下这种可能性大不大
一般来说不是很大
l0通常我们说是大概要几十毫米
几百毫米
你火焰厚度有几十毫米
几百毫米怎么样
化学反应速度非常非常慢了
对吧
这是一种可能性
还有要么l0做得特别特别细
还有湍流
你比如我是用一个什么
一两毫米的一个小喷管喷出来
非常高速
形成一种火焰
有可能是这样子
但难度就特别大
它就是什么
说明它化学反应速度特别慢
你怎么湍流
它总是慢慢的在反应
整个区域好像都在
整个反应区是分布式的
整个区域都在反应
这是三种不同的现象
那么大家记住了这三个不同的
比如l0是湍流的积分尺度
δL是层流的火焰厚度
lk是什么 Kolmogorov尺度
最小的涡
这三个是作为一个
那么通常我们来进行研究的话
引入一个也是因为
Damkohler
他最早来研究这件事情的
那么他定义了一个
我们把它定义出一个
丹姆克尔数
那它是什么
流动的时间尺度和什么
化学反应时间尺度的之比
刚才我们区分了那三个
用的什么
用的三个长度的尺度
那么我们这里边
用流动的时间尺度
和化学时间尺度
那么你去看丹姆克尔数
如果你去把它分解的话
就变成了三项乘积对不对
它实际上也是代表了什么
比如层流速度
比如SL它层流火焰速度
比如0.4米
Vrms就是湍流的什么
脉动的均方根
或者叫湍流的脉动的强度
那么这两个值如果相当的时候
那实际上
这两个化学反应尺度怎么样
就跟时间尺度实际上是相当了
实际上是一个概念
时间尺度和长度尺度是一个概念
但是这两个可能不相当 对吧
好 有了这个概念
我们就用丹姆克尔数
更能够准确的表达
它的区分不同的什么
不同的区域
好 我们再来看
就是这五个无量纲数
我们有雷诺数 有丹姆克尔数
是不是
我们刚才定义了什么
lk/δL
实际上也就
也是l0/δL
还有什么 V/比上SL
这两个速度之比
两个尺度的之比
还有两个无量纲数
雷诺数和丹姆克尔数
我们知道这五个参数
就可以怎么样
把整个的湍流的燃烧
进行一个模式的判别
模式的判别
我们可以来看这张图
这张图很复杂
我们一起来仔细来读一读
那么图的话
它的横坐标就是湍流的雷诺数
纵坐标就是丹姆克尔数
就是我们刚才的两个无量纲数
对吧
那我们在这里边
有很多的线
那我们看
这条直线
也就是说lk比上δL
就是从取点
就是斜着这三条线
有两条虚线
有一条实线
就那个的实线是
lk比δL等于1的地方
也就是什么
也就是说我是厚度
也就是说火焰厚度
和什么
Kolmogorov尺度
刚好是相等的区域
那么还有一条线是什么
大家也是从原点出发的
是一个什么线
是一个Vrms'比上SL
这一个参数
这个参数什么意思
是湍流强度
比上层流的火焰传播速度
那么这个数的话
实际上是
你看那个上面是等于1的那条线
那么下面的是三条直线所组成的
大家一看就知道了
这三个线是表达的是什么
不断的就是上面是最小
上面最小什么
说明是湍流最弱对吧
下面的湍流最强
好 我们还有一条什么
是从两个坐标轴交叉的一条线
这条线是什么
l0比上δL
那l0比上δL
通常一般是大于1的对吧
那很大
比如那个是10的4次方
这边有一个1等于1的
也就是说我湍流的宏观尺度
和层流什么
层流厚度之比
差别就很大
好 用这么三种
三个参数
实际上五个参数了
两个坐标参数
三种线所组成的图的话
你就可以我们把整个的分了
你比如说湍流数
也就是你靠接近1的
靠左边实际上是什么
弱的湍流
右边湍流越来越强
那么丹姆克尔数
实际上是表达什么意思
是流动的时间尺度
和化学时间尺度越大
比如1 1什么意思
也就两个时间尺度相当
小于1是什么意思
小于1就是化学反应时间尺度
大大于什么
大大于流动尺度
也就是化学时间反应速度很慢
你往上走的化学反应时间什么
化学反应速度非常快
所以说最左上角
你可以变成一个什么意思
左上角就是低湍流
化学反应速度非常快的这么一种
这样一个现象
而右下角什么 是什么
化学时间反应
是非常非常慢
但湍流特别快的这么一个局面
好 一般来说
分成三个区
一个的话
我们刚才说了三种火焰现象
一个叫就是reaction sheet
也就是说我们叫做
火焰的这种褶皱的这种现象
就是A的区域
那就是可以右上角
就湍流也强 化学反应也强
那么它就出现这种现象
那么另外一个的话
在lk/δ等于1附近的那个
我们把它称之为叫什么
旋涡内的小火焰的现象
B的区域
那么还有一种就是distributed
或者我们叫分布式的反应区
也就是l0比δL
小小1的这么一个区域
就左下角的区域
那么给大家一个概念
我们正常的燃烧的范围
绝大部分的范围
都是在这什么
都是在lk比δL等于1
Vrms一撇比上SL也等于1的区域
你看就是很多的
试验点的区域
这个区域的特点
就是基本上属于什么
就是旋涡内的小火焰的
这么一种模式为主的
以后的话的
实际上我们真正的湍流的
你会发现
大家研究的很多就是这个模型
也是原因也就在这儿
-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