燃烧学讲义第四章燃烧物理基础分析报告.ppt

第四章 燃烧物理基础 4.1 传质学基础 4.2 湍流物理模型及计算 4.3 三传的比拟 4.4 自由射流中的混合与传质 4.5 旋转射流中的混合与传质 4.6 钝体射流中的混合与传质 4.7 平行与相交射流的混合与传质 4.1 传质学基础 物质由高浓度向低浓度方向的转移过程称为传质，也称为质量传递。 传质的两种基本方式：分子扩散传质和对流传质。 扩散的基本定律 传质的推动力是组分的浓度梯度。组分i的浓度通常用质量浓度?i kg/m3或摩尔浓度Ci kmol/m3来表示。 对于混合气体， 可见在等温系统中，组分的摩尔浓度与分压成正比。 费克（Fick）第一定律 质量基准 总质量浓度ρ为常数 摩尔基准 总摩尔浓度C为常数 对于一维扩散 费克（Fick）第二定律 质量基准 对于一维扩散 摩尔基准 对于一维扩散 质扩散率 费克中出现的质扩散率 D，表征物质扩散能力的大小，是个物性参数。它的数值取决于扩散时的温度、压力及混合物系统的性质，主要依靠实验来确定。 一般只用到二元混合物的质扩散率，有半经验的计算公式，在已知p0,T0条件下的D0时，推算p,T条件下的D 对流传质及传质系数 流体流过壁面或液体界面时，如果主流与界面之间有浓度差，就引起传质。这种传质称之为对流传质。 流体与界面间传质通量可如下定义 与传热中的牛顿冷却公式形式相同。 浓度边界层 在对流传质中，在界面上也象热边界层一样会形成浓度边界层。扩散介质的浓度变化主要发生在浓度边界层之内。 重要的准则数 普朗特准则数 施密特准则数 对流传热的努谢尔特数 对流传质的舍伍德数 管内强制对流湍流换热的公式 管内强制对流传质的公式 4.2 湍流物理模型及计算 4.2.1 湍流的物理本质——脉动 1883年，雷诺（Reynolds）首先发现了粘性流体存在着两种不同的流动状态——层流和湍流 当Re=wd/??Relj时，由定常的层流流动→非定常的紊流流动—湍流。 湍流的特征：流体质点的速度w大小、方向和压力p都随时间τ不断地变化，有时流体微团还会绕其瞬时轴无规则、且经常受扰动的有旋运动，所以在流体中明显出现很多集中的漩涡，不断地产生—消灭—再产生—再消灭。这种瞬息变化的现象称为脉动。 实验还发现湍流状态下，速度w、压力p、某组分物质的量m及流体的温度T总是在一个平均值上下不断的脉动。 　　是瞬时真实速度w（或者压力p）对时间的积分中值： 　　 即 　　　　　 及 　　　　　　　　　　 及 脉动的特性： (1) 速度脉动w′（或p′）对时间的平均值（时均值）为0。 即 (2) 速度脉动w′的时均根值 (3) 流场中任意一点上的两个不同方向上的速度脉动如wx′、wy′的乘积的时间平均值 只有当 （非湍流） 或 流场中，任意相距y的两点1和2上，其相关性用e12表示 　　当y=0时 ， 　； 　 当y→?时 令e12=0，说明点1与点2湍流无关。 速度脉动wx′决定湍流中的“三传”过程 ——湍流切应力 ——湍流正应力 动量传递 ——湍动度 ——湍流热通量 热量传递 ——湍流传质通量 质量传递 其中： w*——某一特征速度 c ——比热 m′——流体某一组分 物质量的脉动量 4.2.2 湍流的数学描写—雷诺方程式 粘性不可压缩流体连续性方程和运动微分方程 Navier-Stokes方程 按牛顿第二定律：惯性力=重力（体积力)+压力（表面力）+粘性力 连续方程： 运动方程: X方向： Y方向： Z方向： 时均化处理 : 考虑在湍流状态下，流体质点的不定常湍动，因此必须对各参数进行时