燃烧学课件第二章一维燃烧波.pptVIP

W W W . W A T S O N W Y A T T . C O M 第二章 一维燃烧波 在传播到预混可燃气体混合物中去的运动波的后面的化学反应现象是燃烧学中的一个经典课题。这种波驱动的化学反应称为燃烧波。在一装有预混可燃气体混合物的长管内，假如在管子的左端点火，一个平面燃烧波向右传播到未燃烧的反应物中去，并将燃烧产物留在他的后面。实验观察到两种不同类型的燃烧波：缓燃波，它相对于反应物以亚音速传播；爆震波，又称为爆轰波，它相对于混合物以超音速传播。在给定情况下，究竟发生爆震波还是缓燃波，与反应物的成分等因素以及管道点火端是开口的还是闭口的有关。 2.1 一维燃烧波分析 一、守恒定律 在以上公式中有5个未知数：Uu、Ub、已燃气体的热力学状态参数ρb、hb (Tb)、pb和4个独立关系式。只要知道最终的压力和温度就可以从热化学平衡关系式决定燃烧产物的成分和性质。为了做到这一点，还需要补充一个条件。下面将建立这个条件。首先，将基本的守恒关系变成两个包括初始和最终状态压力和密度的关系式。然后，将此关系式绘成压力与比容（密度的倒数）的曲线，从而确定可能的解。最后，引入补充的解析的和经验的数据来构成最终的约束条件。 二、Rayleigh线 将质量守恒方程（2-1）与动量守恒方程（2-2）联立，得 将这个方程应用于燃烧波的前后，得 此公式是Rayleigh线的一种形式，注意到Rayleigh线不包含状态方程。更重要的是，这个方程确定了初始状态和最终状态的压力和比容的线性关系，其斜率为-(m/A)2。由于公式（2-5）中压力与比容之比必须是正实数的质量通量，Rayleigh关系式指出燃烧波不能同时使压力和比容升高或降低。因此在压力与比容关系图上，Rayleigh线只能存在于以初始状态特征值为中心的四个象限中的两个，如图2.2所示。左上象限包含了压缩波，由于最终的压力是升高的，比容是下降的，这类燃烧波称为爆震波，而右下象限包括了膨胀波，称为缓燃波。 将上式除以燃烧波速度，可以得到在物理上更可达的形式： 由于爆震波是压缩波，ρb ρu，燃烧产物向着波传播的方向运动，而在缓燃波中已燃气 体是膨胀的，燃烧产物向着与燃烧波相反的方向运动。根据音速和比热比的定义，Rayleigh 线也可以写成无因次形式： 未燃气体的音速由下式表示 将以上公式带入方程（2-5），由马赫数定义Mu=uu/au，得到 对爆震波，最终的压力比初始压力大得多，而最终的密度比初始密度大一些。若γ取稍大点的值1.4，方程（2-6）标示爆震波以超音速传播。对于缓燃波，由于最终的压力稍低于初始压力，最终的密度大大低于初始密度，方程（2-6）表明缓燃波是亚音速燃烧波。 W W W . W A T S O N W Y A T T . C O M