第六章氣體射流與擴(kuò)散燃燒

1、第六章 氣體射流和擴(kuò)散燃燒劉雪玲天津大學(xué)熱能工程系射流概念及分類 射流形式：射流形式：直流射流直流射流旋轉(zhuǎn)射流旋轉(zhuǎn)射流 工程中常見的射流形式工程中常見的射流形式圓孔自由射流圓孔自由射流環(huán)狀射流環(huán)狀射流同軸射流同軸射流平行射流平行射流旋轉(zhuǎn)射流旋轉(zhuǎn)射流交叉射流交叉射流逆向射流逆向射流受限射流受限射流2 射流：射流：氣體從噴孔、管嘴或條縫向外噴射形成氣流，氣體從噴孔、管嘴或條縫向外噴射形成氣流，進(jìn)入燃燒室。進(jìn)入燃燒室。 燃燒器分類：燃燒器分類：預(yù)混燃燒器預(yù)混燃燒器擴(kuò)散燃燒器（非預(yù)混）擴(kuò)散燃燒器（非預(yù)混）部分預(yù)混器部分預(yù)混器射流燃燒（擴(kuò)散燃燒）射流燃燒（擴(kuò)散燃燒）擴(kuò)散燃燒的特點(diǎn)燃?xì)饪諝獍l(fā)生在燃?xì)狻⒖諝?/p>

2、的交界面上燃料空氣燃燒室混合臨界著火濃度燃燒火焰形式射流形式?jīng)Q定擴(kuò)散火焰比預(yù)混火焰更長(zhǎng)、更光亮一次空氣系數(shù)對(duì)射流燃燒的影響 11： 動(dòng)力火焰動(dòng)力火焰 011火焰面外移火焰面外移1火焰面最穩(wěn)定火焰面最穩(wěn)定(810)d0,無因次參數(shù)與x/d0無關(guān)圓形自由射流速度和流量的變化 M-射流的極點(diǎn)射流的極點(diǎn) X小，截面小，小，截面小，u分布陡峭分布陡峭 X大，截面大，大，截面大，u分布平緩分布平緩 X，u平均值平均值 u/umr/r0.5u/umx=0.6mx=0.8mx=1.0mx=1.2mx=1.6m圓形自由射流速度的變化 圓形自由射流無因次速度函數(shù)圓形自由射流無因次速度函數(shù)xrfRrfuum 平面自

3、由射流無因次速度函數(shù)平面自由射流無因次速度函數(shù)xyfbyfuum 圓形和平面自由射流無因次速度圓形和平面自由射流無因次速度byorRruum無關(guān)0dx 圓形自由射流圓形自由射流無因次關(guān)系無因次關(guān)系圓形自由射流速度和流量的變化rxfRrfuuuuuumm,rxfRrfCCCCm,rxfRrfTTTTm,yxfbyfCCCCm,yxfbyfTTTTm, 平面射流的無因次關(guān)系平面射流的無因次關(guān)系圓形射流的守恒方程組及通解（1） 基本守恒方程基本守恒方程連續(xù)方程連續(xù)方程 0rrvxru動(dòng)量守恒方程動(dòng)量守恒方程質(zhì)量組分守恒方程質(zhì)量組分守恒方程能量守恒方程能量守恒方程rurrrurvxuruT)(rCrr

4、DDrCrvxCruiTii)(rTTrraarTTrvxTTruT)()()()(圓形射流的守恒方程組及通解（2） 定常自由射流的通用守恒方程：定常自由射流的通用守恒方程：rrrrrX122 通用無因次參量通用無因次參量和通用擴(kuò)散系數(shù)和通用擴(kuò)散系數(shù)的含義的含義urxfuuuuuuT,00在速度場(chǎng)在速度場(chǎng)在溫度場(chǎng)在溫度場(chǎng)在濃度場(chǎng)在濃度場(chǎng)uaarxfTTTTT,0uDDCCCCCCCCCTOXOXOXOFF,0圓形射流的守恒方程組及通解（3）0,OXOXFCCCTTu0)()(,rCCrCrTTruOXOXF 在射流軸心線上（在射流軸心線上（r=0, 0 xr=0, 0 x）,OXmOXOXOX

5、FmFmmCCCCCCTTTTuu0)()(,rCCrCrTTruOXOXF 在噴口的端面上在噴口的端面上( (x=0,0rdx=0,0rd0 0/2)/2),00,OXOXOXOFFCCCCCTTTTuu在外邊界限以外（在外邊界限以外（rRrR，0 x0 x）邊界條件和物理?xiàng)l件邊界條件和物理?xiàng)l件圓形射流的守恒方程組及通解（4） 在遠(yuǎn)離噴口的截面上在遠(yuǎn)離噴口的截面上0,OXOXFCCCTTu0)()(,rCCrCrTTruOXOXF 無因次參數(shù)的相似解無因次參數(shù)的相似解rxfCCCCCTTTTuuOXOXOXOFF,00邊界條件和物理?xiàng)l件邊界條件和物理?xiàng)l件圓形射流的守恒方程組及通解 對(duì)湍流圓形

6、自由射流對(duì)湍流圓形自由射流00101254. 018165. 011254. 01dxdrdx 對(duì)層流圓形自由射流對(duì)層流圓形自由射流1000100Re8121Re81dxdrdx無關(guān)與Re,0dxf有關(guān)與，000Re,Redxf圓形射流的守恒方程組及通解 湍流圓形自由射流的速度、溫度和濃度分布無因次湍流圓形自由射流的速度、溫度和濃度分布無因次參數(shù)參數(shù)OFFCCTTTTuu,00r=0 ，軸心線上的關(guān)系軸心線上的關(guān)系100,001254. 01dxdxfCCTTTTuuOFFmmm衰減分布規(guī)律衰減分布規(guī)律u,T,C在噴口處最大在噴口處最大Xu,T,C00101254. 018165. 01125

7、4. 01dxdrdx圓形射流的守恒方程組及通解 層流圓形自由射流的速度、溫度和濃度無因次參數(shù)層流圓形自由射流的速度、溫度和濃度無因次參數(shù)OFFCCTTTTuu,00r=0，軸心線上的關(guān)系軸心線上的關(guān)系10000,00Re81,RedxdxfCCTTTTuuOFFmmm1000100Re8121Re81dxdrdx 湍流圓形射流在軸心線上的燃料濃度湍流圓形射流在軸心線上的燃料濃度CF ,m=f(x/d0) 層流圓形射流在軸心線上的燃料濃度層流圓形射流在軸心線上的燃料濃度CF ,m=f(x/d0，Re0)CFmC化學(xué)恰當(dāng)比化學(xué)恰當(dāng)比，火焰面，火焰面湍流射流的擴(kuò)散火焰長(zhǎng)度 噴口流出流量：噴口流出流

8、量：drrums02 軸向距離軸向距離s處截面流量：處截面流量：002004udm0032. 0dsmms等溫，常密度和湍流條件下等溫，常密度和湍流條件下Re02.5104x/d06整個(gè)過程動(dòng)量守恒整個(gè)過程動(dòng)量守恒uxconstum,.純?nèi)剂腺|(zhì)量純?nèi)剂腺|(zhì)量流量流量mF (m0)S面上凈卷吸的面上凈卷吸的質(zhì)量流量質(zhì)量流量mAS面上的流體的面上的流體的質(zhì)量流量質(zhì)量流量mS湍流射流的擴(kuò)散火焰長(zhǎng)度132. 02100000dSmmmmmmmSFA 當(dāng)量直徑修正當(dāng)量直徑修正132. 000000dsmmmmmmmsA等溫，常密度和湍流條件下，卷吸質(zhì)量：等溫，常密度和湍流條件下，卷吸質(zhì)量：不等溫條件下卷吸

9、質(zhì)量：不等溫條件下卷吸質(zhì)量：21000dde湍流射流的擴(kuò)散火焰長(zhǎng)度 擴(kuò)散火焰面穩(wěn)定在擴(kuò)散火焰面穩(wěn)定在1的位置，的位置，CFCFmst令令0LmmFA（理論空氣量）（理論空氣量）湍流火焰長(zhǎng)度湍流火焰長(zhǎng)度lT非等溫引射過程非等溫引射過程氣體燃料氣體燃料001VCdlFAT001LCdlT132. 000dsmmA210001LCdlT132. 02100dSmmFA湍流射流的擴(kuò)散火焰長(zhǎng)度經(jīng)驗(yàn)公式 謝米金和岡瑟經(jīng)驗(yàn)公式謝米金和岡瑟經(jīng)驗(yàn)公式00111VdlFAT2100016PTLdl僅取決于燃料的性質(zhì)0dlT層流射流的擴(kuò)散火焰長(zhǎng)度經(jīng)驗(yàn)公式10000Re81dxCCCCuumm層流自由射流擴(kuò)散火焰長(zhǎng)度

10、層流自由射流擴(kuò)散火焰長(zhǎng)度0,11LCCOFFm000000Re81Re81dLlLdlLL000Redu020,4udVOFOFLVLl,021lL=f(L0,d0,Re0)層流圓形射流：層流圓形射流：lL=f(L0/v,VF,O)燃料種類確定：燃料種類確定：lL=f(VF,O)作業(yè)2：圓形噴口向大氣噴射出CO氣體射流，噴口直徑d0=65mm，噴射速度u0=1.7m/s， CO動(dòng)力粘度為1.74810-5kg/(m.s)，密度 ，估算點(diǎn)燃以后噴口軸心線上火焰長(zhǎng)度為多少米。 30/25. 1mkg000000Re81Re81dLlLdlLL00111VdlFAT2100016PTLdl湍流擴(kuò)散火

11、焰長(zhǎng)度估算的經(jīng)驗(yàn)公式5/125/2*)07. 01 (5 .13rfrfFFL23*L時(shí)5rfF時(shí)5rfF浮力起主要作用區(qū)，無因次火焰長(zhǎng)度經(jīng)驗(yàn)公式：動(dòng)量起主要作用區(qū)，無因次火焰長(zhǎng)度經(jīng)驗(yàn)公式：2/104/102/30gdTTTfuFfsrf火焰弗盧得數(shù)（Froude Number）：初始射流動(dòng)量通量與作用在火焰上的力的比。擴(kuò)散火焰長(zhǎng)度估算的經(jīng)驗(yàn)公式2/100*0*dfLLdfLLsfsf或：1)/(1ssFAf2/100*0dd恰當(dāng)比：當(dāng)量直徑：無因次火焰長(zhǎng)度：例：已知：丙烷射流火焰的出口直徑為d0=6.17mm，丙烷的質(zhì)量流量和射流出口丙烷密度為： 環(huán)境壓力為1atm，溫度為300K，密度為 ，燃燒溫度試估算：射流火焰的長(zhǎng)度。 30kg/m854. 1kg/s1066. 3q3mKTf22673kg/m 1.1614作業(yè)1：已知：丙烷射流火焰的出口直徑為d0=3.085mm，丙烷的質(zhì)量流量和射流出口丙烷密度為： 環(huán)境壓力為1atm，