层流预混火焰
2
层流预混火焰
层流预混火焰的三种理论
热理论：认为火焰传播取决于反应区放 热及其向新鲜混气的热传导 扩散理论：认为来自反应区的链载体的 逆向扩散是控制层流火焰传 播的主要因素 综合理论：认为热的传导和活性粒子的 扩散对火焰传播可能有同等 重要的影响
- 6 -
层流火焰传播机 理的三种理论
5
层流预混火焰的传播速度
在x=xi处，
- 13 -
(dT / dx) xi uu c p (Ti Tu )
(dT / dx )
Tb
xi
2H R RRdT Ti
Tb
1/ 2
1/ 2 u Su c p (Ti Tu ) [2hR RRdT ]
(dT / dx) xi uu c p (Ti Tu )
5
层流预混火焰的传播速度
在反应区，能量的对流通量(源自温差)比扩散通量小，因而可以忽略对流项
0 nC p
- 12 -
dT dx
d ( dx
dT ) dx
RR(
hR )
忽略对流项
d ( dT / dx ) / dx RR( H R )
5
层流预混火焰的传播速度
对于一维带化学反应的定常层流流动基本方程为：
连续方程 动量方程 能量方程
- 9 -
uu u Su m
p constant
dT d dT unC p ( ) RR( H R ) dx dx dx
混气本身热焓的 变化——对流项
传导的热流 ——扩散项
3
一维层流预混火焰的基本机理
层流预混火焰热理论
- 7 -
p r
预热区
一维层流预混火焰 反应区
4
一维层流预混火焰的结构

- 8 -
Le 1

拐点Ti

一维层流预混火焰结构
绝热管，传播速度n 火焰前锋为平面，与管轴线垂直 燃烧过程中，系统压力和物质的量、 混合物的定压比热容和导热系数保 持不变，且路易斯数 。 两个区域——预热区和反应区。在 预热区内忽略化学反应的影响，在 化学反应区忽略混气本身热焓的增 加（即认为着火温度与绝热火焰温 度近似相等）——分区思想。 火焰传播取决于反应区放热及其向 新鲜混气的热传导。
- 1 -
层流火焰介绍
《航空发动机燃烧学》
西北工业大学 航空发动机燃烧学课程组
CONTENTS
- 2 -
1 燃烧分类 2 层流预混火焰 3 一维层流预混火焰的基本机理 4 一维层流预混火焰的结构 5 层流预混火焰的传播速度
1
燃烧分类
预混燃烧
Premixed combustion
- 3 -
气体燃料 和氧化剂 是否预先 混合
5
层流预混火焰的传播速度
- 14 -
对于典型的碳氢燃料的总的活化能数值大于40kcal/mol，Ti略小于Tb ，于是
1 2hR Su DT u c p (Ti Tu ) Ti Tu
1 Ti Tu
Tb
Tb
RRdT Ti
- 11 -
dTቤተ መጻሕፍቲ ባይዱdx
d ( dx
dT ) dx
RR(
hR )
假设RR=0
uu c p (dT / dx) d (dT / dx) / dx 0
c p c p cons tan t
物理解释：来自已燃气体的导 热通量对预热区未燃气体混合 物进行“预热”，将其温度从Tu 提高到Ti。 从冷边界到xi积分 气体冷边界条件: T Tu 以及 dT / dx 0
1/ 2
Ti
RRdT RR
可以看成是反应区中平均反应速率
2hR Su DT RR u c p (Ti Tu )
1/ 2
5
层流预混火焰的传播速度
由图中火焰面前后总的能量平衡关系，得 m f ( hR ) mc p (Ti Tu )
1/2
DT Su 2( ) RR w f,u u
- 16 -
Thank you
化学反应 生热量
5
层流预混火焰的传播速度
能量方程中的边界条件如下：
- 10 -
x （未燃气体）
T Tu ,
dT / dx 0 dT / dx 0
x （平衡时已燃气体） T Tb ,
根据分区近似解法 把火焰分成预热区和反应区。
5
层流预混火焰的传播速度
在预热区，
0 nC p
mw f ,u ( hR ) mc p (Ti Tu ) w f ,u ( hR ) c p (Ti Tu ) 或 hR c（ p Ti Tu） w f ,u
- 15 -
火焰面控制体
1/ 2
2hR Su DT RR u c p (Ti Tu )
从x xi (式中T Ti；dT / dx dT / dx
xi
)
到x (式中T Ti ; dT / dx 0)积分
(dT / dx )
xi
2H R RRdT Ti
Tb
1/ 2
物理解释：在反应区流出的，经热传导
进入预热区的能量扩散通量等于化学反 应释放的热量。
燃烧的快慢主要取决于化学动力因素， 而与混合扩散过程关系不大
m r , m r
动力-扩散燃烧
燃烧的快慢既与化学动力因素有关， 也与混合过程有关
2
层流预混火焰
层流预混火焰特点
- 5 -
火焰锋面
• 火焰面是一个厚度在0.01～ 0.1毫米左右的狭窄区域； • 此区域内，可燃混合气的温度 和成分都有急剧地变化(极大的 浓度和温度梯度)； 层流火焰压力变化很小，可 以认为是等压流动燃烧过程； 层流火焰传播速度很低，通 常在1m/s以下。
可求出层流火焰传播速度 S u
Ti
1 2hR Su ( ) c u c p (Ti Tu ) Ti Tu u p
Tb
RRdT Ti
1/ 2
令 / c p DT =热扩散系数，假设当 T Ti， RR 0
扩散燃烧
Diffusion combustion
燃料和氧化剂 的混合时间
燃烧时间
燃料燃烧所需的时间
m r
1
燃烧分类
m r , m
扩散燃烧
燃烧的快慢主要取决于混合扩散速 度，而与化学反应速度关系不大。
- 4 -
燃烧分类
m r , r
动力燃烧