湍流火焰结构与模式在线视频

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

δ_L小于等于l_k

δ_L是什么

是层流的火焰的厚度

l_k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

δ_L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l_k

比如l_k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

δ_L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

δ_L是层流的火焰厚度

l_k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S_L它层流火焰速度

比如0.4米

V_rms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

l_k/δ_L

实际上也就

也是l₀/δ_L

还有什么 V_/比上S_L

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l_k比上δ_L

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

l_k比δ_L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V_rms'比上S_L

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δ_L

那l₀比上δ_L

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l_k/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δ_L

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l_k比δ_L等于1

V_rms一撇比上S_L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