第2章 燃烧空气动力学.ppt

* 两股平行射流湍流混合的强弱决定于： ① 两者的动压比 ，它是湍流扩散（三传）的动力（能量）来源，它的增加会导致流体微团可在更大尺度范围内湍流相关，且混合边界层愈偏于动压小的一侧。当动压比趋近于1时，由于动压差引起的湍流扩散已经十分微弱，只能靠射流自身原始扰动度来维持 ② 决定于射流自身动压 ，它是射流内部进行三传的动力（能量）源。一般自身湍动度总是维持射流内部的小尺度湍动。 ③ 系数k，决定于射流喷口的结构特征和速度分布特征 * 相交射流 相交射流以一定角度相交，在各自惯性力作用下相互碰撞和混合，完成“三传”，这个惯性力比湍流切应力要大数百倍。 ①射流等值核心区被强烈破坏。“三传”升高。 ②射流变形，压扁，混合边界层很快波及到射流轴心线区，“三传”升高。交角α越大压扁越厉害。 ③两射流轴心线相交后，合成一股射流，同时具有最大的变形后的周边。所以与周围介质“三传”也加强。 结论：相交射流混合传质的动力学条件是两射流的动量（流率）比M=1时混合最强烈。 回流烟气 空气 空气 燃料气 空气 空气 炉膛 作业：旋流燃烧器混合特性实验方案设计 研究对象：如图所示的旋流燃烧器，由同轴的两根同心管道组成，中心管通燃料气，外层管道通助燃空气（带有旋流），当空气和燃料气喷入炉膛之后发生混合，并通过旋转射流的回流区卷吸炉膛内的高温烟气，因此射流中的气体由三种成分混合而成：燃料气、空气、炉膛内烟气。为掌握燃烧器的燃烧特性，需要了解炉膛空间中各处的气体成分比例（假定暂不考虑化学反应引起的成分变化）。 要求：根据本章的知识，设计一个实验来完成以上研究工作，包括：1）阐述实验的原理、测量手段、数据处理方法，2）给出实验系统的示意图，3）描述实验的操作过程。 作业以word文档（A班级_姓名_学号.DOC）提交到qulanzhou@ * 本章总结 组织好工程燃烧过程的思路：化学反应的温度、物质浓度条件不同，则化学反应的速度、反应路线和产物不同。因此，需要合理运用控制传热和传质的方法，精确地设计并控制燃烧过程中的温度分布和物质浓度分布，从而实现对燃烧速度和产物的控制。——所以，工程燃烧学需要重点关注混合与传质过程。 各种工程燃烧过程的混合与传质的特性各不相同，需要用实验进行研究分析。但是，典型的燃烧组织过程有着共性的规律。 * 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 另外两个主要量： 湍流动能 湍流耗散 * 实验发现：湍流的“三传”过程是相似的，但也存在差异 （1） 与 均小于1，说明：动量交换过程不如热量和质量交换更强烈，∴温度和浓度混合边界层比速度边界层发展得快。 （2）由于Let=a/D≈1，说明：温度和浓度边界层的发展十分相近，可以用传热过程的基本规律近似描写质量交换。 ， * 在没有化学反应的流场中，可以用温度场模拟浓度场。 如研究两股射流的混合实验，通过实验混合边界层中任一点浓度C。 C1和C2是被比拟的实际两股气流的浓度 T1和T2是被比拟的实际两股气流的温度 m1和m2是被比拟的实际两股气流的在空间中混合后的质量分数 * 自由射流的传质： (1) 把热射流（T1）射入冷空间（T2）中 无量纲轴心速度wzs衰减快，且随??有wzs?? 无量纲轴心温差?Tzs衰减快，且随??有?Tzs?? 无量纲轴心浓度差?Czs衰减快，混合强烈，且随??有?Czs?? (2) 把冷射流（T1）射入热空间（T2）中 三个无量纲量wzs，?Tzs，?Czs衰减慢，混合慢，射程长。随??衰减很慢。 　　 　　如锅炉中的二次风，从燃烧供O2的角度应用高T1（?应可能高）的空气，以加强湍流混合和传质（供O2），有利于燃烧 　　从组织炉内气流流动工况角度，相反，应用?低一些的空气（T1?），衰减慢