《消防燃烧学》第7章_射流混合过程ppt

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1、1回顾回顾p第一篇：燃料n介绍了燃料的基本性质、分类，以及成分表示方法，不同的成分表示方法的换算p第二篇：燃烧计算n燃料燃烧时的空气需要量，产物生成量的计算方法（化学反应方程式的质量比、系数比）n燃烧温度，发热温度的近似求解过程（内插值近似法）n气体分析方程、空气消耗系数和热损失的产物成分计算方法以燃烧的结果作为研究对象，没有考虑燃烧是如何进行的2第三篇第三篇 燃烧基本原理燃烧基本原理3第三篇第三篇 燃烧基本原理燃烧基本原理一、燃烧的定义一、燃烧的定义工程燃烧学工程燃烧学-第七章第七章燃烧过程：从混合（扩散）到燃烧反应完成的整个过程燃烧过程：从混合（扩散）到燃烧反应完成的整个过程 所谓燃烧，通

2、常伴有放热、火焰、发光和（或）发烟现象所谓燃烧，通常伴有放热、火焰、发光和（或）发烟现象, ,是可燃物与氧化剂作用发生的氧化反应。是可燃物与氧化剂作用发生的氧化反应。燃烧过程是一种复杂的物理过程和化学过程的综合，它既有燃烧过程是一种复杂的物理过程和化学过程的综合，它既有流动、扩散、混合等物理现象，又有氧化还原反应，并放出流动、扩散、混合等物理现象，又有氧化还原反应，并放出光和热的化学现象。光和热的化学现象。燃烧是一种复杂的物理化学过程燃烧是一种复杂的物理化学过程三传一反：三传一反： 动量传递（流动）动量传递（流动） 热量传递热量传递 质量传递（扩散）质量传递（扩散） 化学反应化学反应4第三篇第

3、三篇 燃烧基本原理燃烧基本原理工程燃烧学工程燃烧学-第七章第七章混混-表示混合所需要的时间表示混合所需要的时间热热-表示混合后的的可燃物到达开始燃烧反应的温度所表示混合后的的可燃物到达开始燃烧反应的温度所需要的时间需要的时间化化-表示完成化学反应所需要的时间表示完成化学反应所需要的时间混热化燃烧过程的进行主要是受化学动力学影响，还是受扩散因燃烧过程的进行主要是受化学动力学影响，还是受扩散因素的影响。素的影响。5第三篇第三篇 燃烧基本原理燃烧基本原理（一）基本分类（一）基本分类二、燃烧的分类二、燃烧的分类工程燃烧学工程燃烧学-第七章第七章 （1）动力燃烧动力燃烧（动力学因素控制，预混燃烧、爆（动

4、力学因素控制，预混燃烧、爆 炸）：炸）： 混混 热热+ 化化 （3）中间燃烧中间燃烧：介乎两者之间：介乎两者之间6第三篇第三篇 燃烧基本原理燃烧基本原理燃烧状态燃烧状态燃烧分类燃烧分类与时间的关系与时间的关系稳态和非稳态稳态和非稳态与空间的关系与空间的关系一维、二维和三维一维、二维和三维初始反应物的混合状态初始反应物的混合状态预混燃烧和非预混燃烧预混燃烧和非预混燃烧气体流动状态气体流动状态层流、紊流层流、紊流 和过渡燃烧和过渡燃烧按反应物物态按反应物物态均相和异相燃烧均相和异相燃烧燃烧波的速度燃烧波的速度缓燃（亚音速波）、爆震（超音速波）缓燃（亚音速波）、爆震（超音速波）按燃料按燃料气体、液体

5、和固体燃料燃烧气体、液体和固体燃料燃烧工程燃烧学工程燃烧学-第七章第七章（二）其他分类（二）其他分类7主要内容p射流混合过程p燃烧反应速度和反应机理p着火过程p燃烧传播过程p异相燃烧p火焰的结构及其稳定8第七章第七章 射流混合过程射流混合过程实际意义实际意义 物理因素在整个燃烧过程起着更为重要物理因素在整个燃烧过程起着更为重要的作用；例如有焰燃烧。的作用；例如有焰燃烧。 射流是大多数工程燃烧混合的主要方式：射流是大多数工程燃烧混合的主要方式：除固体燃料有时以块状进行燃烧外，其它除固体燃料有时以块状进行燃烧外，其它燃料和氧化剂都是以射流形式送入燃烧空燃料和氧化剂都是以射流形式送入燃烧空间的。间的

6、。工程燃烧学工程燃烧学-第七章第七章9第七章第七章 射流混合过程射流混合过程工程燃烧学工程燃烧学-第七章第七章分类：分类：根据射流喷嘴：平面射流与圆形射流根据射流结构：直流射流与旋转射流平行射流与相交射流环形射流与同轴射流根据射流环境：自由射流与受限射流层流射流与湍流射流根据射流流动：主要学习内容：主要学习内容： 各种射流的定义，射流的形成条件与一般特征。各种射流的定义，射流的形成条件与一般特征。10第七章第七章 射流混合过程射流混合过程工程燃烧学工程燃烧学-第七章第七章117.1 7.1 静止气体中的自由射流静止气体中的自由射流一、一、自由射流的定义自由射流的定义 流体由喷嘴流出到一个足够大

7、的空间后，流体由喷嘴流出到一个足够大的空间后，不再受不再受固体边界限制固体边界限制而继续扩散的一种流动。其燃烧装而继续扩散的一种流动。其燃烧装置称为大气烧嘴，例如家用煤气灶。置称为大气烧嘴，例如家用煤气灶。二、二、自由射流的特点自由射流的特点 射流气体离开喷口以后，因与外围流体射流气体离开喷口以后，因与外围流体之间有速度差，且有粘性，故产生紊流漩之间有速度差，且有粘性，故产生紊流漩涡层，与外围流体进行动量和质量交换，涡层，与外围流体进行动量和质量交换，导致各流动截面上的速度、浓度分布特征导致各流动截面上的速度、浓度分布特征发生变化。根据这些特征，沿射流的前进发生变化。根据这些特征，沿射流的前进

8、方向，可将射流分为方向，可将射流分为初始段初始段，过渡段过渡段和和自自模段（充分发展段）模段（充分发展段）工程燃烧学工程燃烧学-第七章第七章12初始段： 红色部分为势流核心；红色部分为势流核心；核核心区内速度、浓度等与出口处心区内速度、浓度等与出口处相同，长度约相同，长度约4-54-5d d0 0。7.1 7.1 静止气体中的自由射流静止气体中的自由射流工程燃烧学工程燃烧学-第七章第七章= 1/2myy 自模段：轴向流速都呈正态相似分布；轴向流速都呈正态相似分布；x x/ /d d0 08-108-10 过渡段：射流截面上轴向速度分布不断变化直至成为正态相似分布射流截面上轴向速度分布不断变化直

9、至成为正态相似分布137.1 7.1 静止气体中的自由射流静止气体中的自由射流 根据普朗特混合长度理论，自由射流半宽根据普朗特混合长度理论，自由射流半宽(y)(y)： 轴向轴向u um m的沿程衰减规律：的沿程衰减规律： 轴心轴心C Cm m的沿程衰减规律的沿程衰减规律: : yconst x00/0.16 (/)1.5muuxd00/0.22 (/)1.5mCCxd2expumuyKux8292uK 2expcmCyKCx5457cK 工程燃烧学工程燃烧学-第七章第七章u u的分布规律：的分布规律：C C的分布规律的分布规律: := 1/2myy轴向流速和浓度的径向分布都具有相似性：轴向流速

10、和浓度的径向分布都具有相似性：14自由射流对周围气体的卷吸能力可用自由射流对周围气体的卷吸能力可用卷吸率卷吸率表示：表示：000exmmmmm7.1 7.1 静止气体中的自由射流静止气体中的自由射流工程燃烧学工程燃烧学-第七章第七章三、射流的卷吸及卷吸量的计算三、射流的卷吸及卷吸量的计算射流向前运动时，由于横向的速度脉动及粘性，射流向前运动时，由于横向的速度脉动及粘性，与周围介质产生动量交换，带动周围介质运动，使与周围介质产生动量交换，带动周围介质运动，使射射流的质量沿流向逐渐增加流的质量沿流向逐渐增加，这种现象称为射流的，这种现象称为射流的卷吸卷吸或或引射引射。有射流必有引射有射流必有引射。

11、 其中其中me e-为卷吸量；为卷吸量； mx-为为x截面处射流的总质量流量；截面处射流的总质量流量； m0-为射流的初始质量流量。为射流的初始质量流量。15 随着与喷口距离x的增加，卷吸率是增大、减小还是保持不变？167.1 7.1 静止气体中的自由射流静止气体中的自由射流 （1） 时时 射流流量射流流量： ，与实验条件有关。，与实验条件有关。 卷吸率卷吸率：0s00 xemxKmd0.250.45eK 001eemxKmd（2） 时时 Thring提出用提出用当量直径当量直径de代替喷口直径代替喷口直径d0，即认为喷出的气体密，即认为喷出的气体密度为度为s，速度和动量保持恒定（为，速度和动