燃烧学课件_第八章 湍流预混燃烧
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燃烧理论基础-层流预混火焰共130页文档
文 家 。汉 族 ，东 晋 浔阳 柴桑 人 （今 江西 九江 ） 。曾 做过 几 年小 官， 后辞 官 回家 ，从 此 隐居 ，田 园生 活 是陶 渊明 诗 的主 要题 材， 相 关作 品有 《饮 酒 》 、 《 归 园 田 居 》 、 《 桃花 源 记 》 、 《 五 柳先 生 传 》 、 《 归 去来 兮 辞 》 等 。
燃烧理论基础-层流预混火焰
6
、
露
天
高
风
景
澈
。
7、翩翩新 来燕，双双入我庐 ，先巢故尚在，相 将还旧居。
8
、
吁
嗟
身
后
名
，
于
我
若
浮
烟
。
9、 陶渊 明（ 约 365年 —427年 ），字 元亮， （又 一说名 潜，字 渊明 ）号五 柳先生 ，私 谥“靖 节”， 东晋 末期南 朝宋初 期诗 人、文 学家、 辞赋 家、散
1
0
、
倚
南
窗
以
寄
傲
，
审
容
膝
之
易
安
。
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
燃烧理论基础-层流预混火焰
6
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露
天
高
风
景
澈
。
7、翩翩新 来燕，双双入我庐 ，先巢故尚在，相 将还旧居。
8
、
吁
嗟
身
后
名
，
于
我
若
浮
烟
。
9、 陶渊 明（ 约 365年 —427年 ），字 元亮， （又 一说名 潜，字 渊明 ）号五 柳先生 ，私 谥“靖 节”， 东晋 末期南 朝宋初 期诗 人、文 学家、 辞赋 家、散
1
0
、
倚
南
窗
以
寄
傲
，
审
容
膝
之
易
安
。
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
燃烧理论基础ppt课件
微波燃烧
微波燃烧是一种新型的热工技术，利用微波电磁场与燃料 的相互作用产生热量，实现燃料的快速、高效燃烧。微波 燃烧具有低污染、高效率和节能等优点。
06
未来展望
清洁能源的发展
清洁能源
随着环境保护意识的提高，清洁能源的发展越来越受到重视。未来，化石燃料的使用将逐渐减少，取而代之的是 太阳能、风能、水能等可再生能源。
02
燃烧化学
燃烧反应方程
燃烧反应方程是表示燃烧过程中物质 变化和能量转换的数学表达式。它由 反应物和生成物的化学式及其相应的 反应系数组成，遵循质量守恒和能量 守恒定律。
燃烧反应方程可以用来表示燃料与氧 气或其他氧化剂反应生成二氧化碳、 水蒸气等产物的过程，如C + O2 → CO2 + H2O。
热工仪表
热工仪表用于监测和控制燃烧系统的运行状态，包括温度计、压力计、流量计、氧分析仪 等。这些仪表能够实时监测燃烧过程中的各种参数，如温度、压力、流量和含氧量等。
燃烧控制技术
01
空燃比控制
空燃比是燃料和空气的混合比例，合适的空燃比是保证燃烧效率和经济
性的关键。通过控制燃料和空气的流量，可以调节空燃比，使燃烧过程
燃烧温度
01
燃烧温度是指燃烧过程中火焰或 反应区的温度，它与燃料的种类 、空气的供给、燃烧方式等因素 有关。
02
燃烧温度的高低直接影响到燃烧 产物的组成和燃烧效率，过高或 过低的温度都不利于燃烧过程的 进行。
燃烧产物
燃烧产物是指燃料在燃烧过程中产生 的气体、烟尘和灰渣等物质，它们由 燃料中的可燃元素转化而来。
可持续发展的重要性
资源节约
可持续发展强调资源的合理利用和节约，通过提高能源利用效率和减少浪费，实现经济、 社会和环境的协调发展。
微波燃烧是一种新型的热工技术，利用微波电磁场与燃料 的相互作用产生热量，实现燃料的快速、高效燃烧。微波 燃烧具有低污染、高效率和节能等优点。
06
未来展望
清洁能源的发展
清洁能源
随着环境保护意识的提高，清洁能源的发展越来越受到重视。未来，化石燃料的使用将逐渐减少，取而代之的是 太阳能、风能、水能等可再生能源。
02
燃烧化学
燃烧反应方程
燃烧反应方程是表示燃烧过程中物质 变化和能量转换的数学表达式。它由 反应物和生成物的化学式及其相应的 反应系数组成，遵循质量守恒和能量 守恒定律。
燃烧反应方程可以用来表示燃料与氧 气或其他氧化剂反应生成二氧化碳、 水蒸气等产物的过程，如C + O2 → CO2 + H2O。
热工仪表
热工仪表用于监测和控制燃烧系统的运行状态，包括温度计、压力计、流量计、氧分析仪 等。这些仪表能够实时监测燃烧过程中的各种参数，如温度、压力、流量和含氧量等。
燃烧控制技术
01
空燃比控制
空燃比是燃料和空气的混合比例，合适的空燃比是保证燃烧效率和经济
性的关键。通过控制燃料和空气的流量，可以调节空燃比，使燃烧过程
燃烧温度
01
燃烧温度是指燃烧过程中火焰或 反应区的温度，它与燃料的种类 、空气的供给、燃烧方式等因素 有关。
02
燃烧温度的高低直接影响到燃烧 产物的组成和燃烧效率，过高或 过低的温度都不利于燃烧过程的 进行。
燃烧产物
燃烧产物是指燃料在燃烧过程中产生 的气体、烟尘和灰渣等物质，它们由 燃料中的可燃元素转化而来。
可持续发展的重要性
资源节约
可持续发展强调资源的合理利用和节约，通过提高能源利用效率和减少浪费，实现经济、 社会和环境的协调发展。
《燃烧学讲义》课件
未来燃烧技术的发展趋势与挑战
发展趋势
未来燃烧技术的发展趋势包括进一步提高燃烧效率、 降低污染物排放、实现可再生能源的利用和智能化控 制等。
挑战
未来燃烧技术的发展面临诸多挑战，如技术瓶颈、经 济成本、政策法规和环保要求等。需要加强科技创新 和政策引导，推动燃烧技术的可持续发展。
感谢您的观看
THANKS
03
燃料电池可应用于汽车、船舶、航空航天、电力系统和备用电
源等领域。
生物质能燃烧技术及应用
生物质燃烧技术
生物质燃烧技术是将生物质转化为热能和电能的一种方式，具有高 效、环保、可再生的特点。
生物质燃烧设备
生物质燃烧设备包括生物质锅炉、生物质焚烧炉和生物质热电机组 等。
生物质燃烧应用
生物质燃烧可用于供热、发电和工业生产等领域，是实现可再生能源 利用的重要途径之一。
02
燃烧的基本原理
燃烧化学反应机理
01
燃烧化学反应机理是研究燃烧过 程中化学反应如何进行的机制。 它涉及到反应物分子间的相互作 用以及反应过程中的能量变化。
02
燃烧化学反应机理对于理解燃烧 过程、优化燃烧效率和减少污染 物排放具有重要意义。
燃烧反应动力学
燃烧反应动力学是研究燃烧过程中化 学反应速率以及影响反应速率的各种 因素的科学。
通过燃烧反应动力学的研究，可以了 解燃烧反应的快慢程度，进而优化燃 烧条件，提高燃烧效率。
燃烧热力学
燃烧热力学主要研究燃烧过程中能量的转化和物质的变化。 它涉及到燃烧过程中能量的释放、转移和利用。
燃烧热力学对于能源利用、环境保护和可持续发展具有重要 意义。
燃烧过程中的物质传递与热力学
燃烧过程中的物质传递与热力学涉及 到燃烧过程中物质和能量的传递与转 化过程。
《消防燃烧学》PPT课件
的性质分类、按燃烧方式分类
按燃烧物的性质分类
根据燃烧物的性质，可以将燃烧分为固体燃烧、液体燃烧和气体燃烧。固体燃烧又可以分 为表面燃烧、熏烟燃烧和炽热燃烧；液体燃烧可以分为闪燃和沸溢；气体燃烧可以分为扩 散燃烧和预混燃烧。
按燃烧方式分类
根据燃烧方式的不同，可以将燃烧分为扩散燃烧、预混燃烧和动力燃烧。扩散燃烧是指可 燃物与助燃物在混合过程中进行燃烧；预混燃烧是指可燃物与助燃物预先混合，然后进行 燃烧；动力燃烧是指可燃物在高速气流中进行的燃烧。
火灾扑救的基本原则与方法
冷却灭火法
窒息灭火法
隔离灭火法
抑制灭火法
通过降低可燃物的温度 来达到灭火的目的。
通过隔绝空气或稀释可 燃物来达到灭火的目的。
通过将可燃物与火源隔 离来达到灭火的目的。
通过抑制可燃物的化学 反应来达到灭火的目的。
应急救援的组织与实施
应急救援的组织 成立应急救援指挥部，负责统一指挥和协调应急救援工作。
火灾的起因与分类
火灾的起因
可燃物、助燃物（如氧气）和点火源 （如火柴、打火机）是火灾发生的必 要条件。
火灾的分类
根据燃烧物的不同，火灾可分为A、B 、C、D、E五类，分别为固体物质火 灾、液体或可熔化固体物质火灾、气 体火灾、金属火灾和带电火灾。
火灾预防的基本原则与方法
01
02
03
消除可燃物
减少室内可燃物的存放， 避免将可燃易燃物品置于 靠近火源的位置。
燃烧是一种放热、发光 的化学反应，通常伴随 着火焰的产生。
燃烧反应需要可燃物、 助燃物（通常是氧气） 和足够的高温，三者缺 一不可。
燃烧反应通常涉及一系 列复杂的化学反应，这 些反应会产生大量的热 量和光。
按燃烧物的性质分类
根据燃烧物的性质，可以将燃烧分为固体燃烧、液体燃烧和气体燃烧。固体燃烧又可以分 为表面燃烧、熏烟燃烧和炽热燃烧；液体燃烧可以分为闪燃和沸溢；气体燃烧可以分为扩 散燃烧和预混燃烧。
按燃烧方式分类
根据燃烧方式的不同，可以将燃烧分为扩散燃烧、预混燃烧和动力燃烧。扩散燃烧是指可 燃物与助燃物在混合过程中进行燃烧；预混燃烧是指可燃物与助燃物预先混合，然后进行 燃烧；动力燃烧是指可燃物在高速气流中进行的燃烧。
火灾扑救的基本原则与方法
冷却灭火法
窒息灭火法
隔离灭火法
抑制灭火法
通过降低可燃物的温度 来达到灭火的目的。
通过隔绝空气或稀释可 燃物来达到灭火的目的。
通过将可燃物与火源隔 离来达到灭火的目的。
通过抑制可燃物的化学 反应来达到灭火的目的。
应急救援的组织与实施
应急救援的组织 成立应急救援指挥部，负责统一指挥和协调应急救援工作。
火灾的起因与分类
火灾的起因
可燃物、助燃物（如氧气）和点火源 （如火柴、打火机）是火灾发生的必 要条件。
火灾的分类
根据燃烧物的不同，火灾可分为A、B 、C、D、E五类，分别为固体物质火 灾、液体或可熔化固体物质火灾、气 体火灾、金属火灾和带电火灾。
火灾预防的基本原则与方法
01
02
03
消除可燃物
减少室内可燃物的存放， 避免将可燃易燃物品置于 靠近火源的位置。
燃烧是一种放热、发光 的化学反应，通常伴随 着火焰的产生。
燃烧反应需要可燃物、 助燃物（通常是氧气） 和足够的高温，三者缺 一不可。
燃烧反应通常涉及一系 列复杂的化学反应，这 些反应会产生大量的热 量和光。
《燃烧学》课件
焰 折火焰表面理论 ”。
传 播
容积燃烧理论：萨默菲尔德和谢京科夫建立。将
理 湍流火焰的前沿看成燃烧反应区。又称为“微扩
பைடு நூலகம்
论 散理论”。
湍流火焰现象分类
湍流火焰
小尺度湍流火焰 （ l l ）
大尺度湍流火焰 （ l l ）
大尺度弱湍流火焰 （ u Sl ）
大尺度强湍流火焰 （ u Sl ）
小尺度湍流火焰
即:
St
Sl
Ft Fl
只要求出
Ft Fl
即可求出
St
谢尔金 : 假设湍流火焰表面是由无 数锥形组成。
St Sl
4d Ft 2
Fl
h2d2 2
l2
1 h 2 d/2
d l
hutul/Sl
h /r 2 u l/S l/l2 u /S l2
故： St Sl 1ku/Sl2
火焰前沿面积的计算：用锥体面积表示有一定的误差，最近开始应用分 形几何学的方法 。
示，也称为层流燃烧速度 ( laminar burning
velocity) ，用Sl表示。
——大小取决于反应速度、热量和活性中心的传
递速度。
数学表达式
Bussen 燃烧 嘴火焰
Un Ucos Sl Ucos
U—未燃混合气局部流速
静止坐标下的预混合气火焰传播速度分析
us——混合气流速 up——火焰面的移动速度 u0——火焰面相对未燃混合气的移动速度
基本方程：
连续方程 ： 能量方程： 组分扩散方程： 状态方程：
u u S l c o n st （4-11）
uCpddT xddxddT xWQ （4-12）
uddC xi ddxDddC xi W
《燃烧学讲义》课件
能量转化
燃烧反应中的能量转化过程，包 括焓变、内能变化等，解释能量 转化的关键概念。
平衡态与非平衡态
燃烧反应中的平衡态和非平衡态 的概念以及相互转化的条件和特 点。
爆炸理论
深入研究爆炸反应的机理和特性，包括爆轰波的传播、爆炸温度和压力等关键概念的介绍。
1
爆炸理论概述
简要介绍爆炸反应的基本原理和定义，
《燃烧学讲义》PPT课件
燃烧学是研究燃烧及相关现象的学科，涉及热力学、化学动力学、流体力学 等多个领域。本课件将带你深入了解燃烧学的基础知识和应用。
燃烧学介绍
详细介绍燃烧学的概念、研究对象以及与其他学科的关系，帮助大家理解燃烧学的重要性和应用 价值。
研究领域广泛
燃烧学涵盖化学、物理、力学等多个学科领域，与许多实际问题密切相关。
预混火焰
探讨预混火焰的形成和特性， 分析混合气浓度对火焰传播速 度的影响。
燃烧极限
介绍燃烧极限概念和测定方法， 以及燃料和氧气浓度对燃烧的 影响。
火焰传递和统计理论
研究火焰的传递规律和统计性质，探讨火焰在不同条件下的行为和特点。
1 火焰传播机制
解释火焰传播的基本机制和影响因素，从微观和宏观层面进行讨论。
燃烧反应机理
了解不同物质的燃烧反应机理，对于安全控制、能源利用等方面都有重要意义。
燃烧产品分析
通过燃烧产物分析，可以得到有关燃料的详细信息，对环境保护和排放控制有重要作用。
热力学基础知识
介绍燃烧反应过程中涉及的热力学基本概念和定律，为后续的研究和理解提供必要的理论基础。
熵的概念
深入探讨熵的含义和作用，解释 燃烧过程中熵变的重要性。
爆轰波的形成
2
为后续的内容打下基础。
《层流预混火焰传播》课件
能源领域
在石油、天然气等能源领域， 层流预混火焰传播技术有广泛 应用。
空气净化
通过层流预混火焰传播技术可 以有效净化大气中的有害气体。
总结
1 高效稳定
2 广泛应用
层流预混火焰传播是一 种高效稳定的燃烧方式。
在工业生产和能源领域 有广泛应用的技术。
3 重要作用
在空气净化方面发挥着 重要作用，改善生活环 境。
《层流预混火焰传播》 PPT课件
层流预混火焰传播的基本概念和工作原理。了解层流、预混、火焰传播，以 及该技术在工业、能源和空气净化领域的应用。
简介
层流
气体在流动中保持的高度 有序的状态，避免混合不 均匀。
预混
将燃料和氧气提前混合并 准备点火，提高燃烧效率。
火焰传播
燃烧过程中火焰的扩散和 推动气体流动。
参考资料
1. 燃烧工程课程教材 2. 层流预混燃烧器制造商的官方网站
工作原理
1
混合气体进入燃烧器
通过管道将燃料和氧气送入燃烧器内。
混合并准备点火
2
燃料和点火将混合气体燃烧
点火引燃混合气体，开始燃烧过程。
燃烧产生的热量推动气体流动
4
燃烧释放的热量推动气体流动，形成 层流环境。
应用
工业生产
层流预混火焰传播可提高燃烧 效率，应用于工业燃烧设备。
6-湍流预混火焰讲解
湍流尺度l： 在湍流中不规则运动的流体微团的平均尺寸，处于宏观量级 若l<δ(层流焰面厚度)为小尺度湍流，反之为大尺度湍流 湍流强度ε： 描述湍流运动的速度为u=U+u’ U为平均速度， u’为瞬时脉动速度，u’=[(u’12+ u’22+…+ u’n2)/n]0.5 流体微团的平均脉动速度与主流速度之比为湍流强度 ε =u’/u 若u’>un（层流火焰传播速度）为强湍流，反之为弱湍流
湍流火焰的特点
均匀、各向同性的湍流流场，可以用两 个特征量表示湍流特征：湍流强度和湍 流尺度
湍流尺度：
（1）流动特征尺度（与管径、绕流物体尺度有关） （2）积分尺度（湍流宏观尺度，大涡尺度） （3）泰勒微尺度（与平均应变率有关） （4）柯尔莫戈洛夫尺度（最小尺度，与旋涡耗散有关）
湍流火焰的特点
小尺度湍流预混火焰传播速度确定
湍流火焰传播速度和层流火焰传播速度之比等 于二者传输率之比的平方根
ut un
T n
1/ 2
T n
/ 0cp / 0cp
1/ 2
λt表示湍流热传导系数 λl表示层流热传导系数 根据相似性原理，分子导温系数α= λn/(ρ0cp), 故 湍流导温系数αt= λT/(ρ0cp)。在湍流中湍流导温 系数取决于湍流尺度和脉动速度乘积，即
a）小尺度湍流火焰（2300<Re<6000） 条件： l<δL
现象：能够保持规则的火焰锋面，火焰前 沿仍然平滑，只是增加了厚度，火焰锋面 不发生皱折，湍流火焰面厚度δT> δn
特点：小尺度湍流只是由于湍流增强了物 质的输运特性，从而使热量和活性粒子的 传输增加，使湍流火焰传播速度比层流火 焰传播速度快，而在其它方面没有什么影 响
湍流火焰的特点
均匀、各向同性的湍流流场，可以用两 个特征量表示湍流特征：湍流强度和湍 流尺度
湍流尺度：
（1）流动特征尺度（与管径、绕流物体尺度有关） （2）积分尺度（湍流宏观尺度，大涡尺度） （3）泰勒微尺度（与平均应变率有关） （4）柯尔莫戈洛夫尺度（最小尺度，与旋涡耗散有关）
湍流火焰的特点
小尺度湍流预混火焰传播速度确定
湍流火焰传播速度和层流火焰传播速度之比等 于二者传输率之比的平方根
ut un
T n
1/ 2
T n
/ 0cp / 0cp
1/ 2
λt表示湍流热传导系数 λl表示层流热传导系数 根据相似性原理，分子导温系数α= λn/(ρ0cp), 故 湍流导温系数αt= λT/(ρ0cp)。在湍流中湍流导温 系数取决于湍流尺度和脉动速度乘积，即
a）小尺度湍流火焰（2300<Re<6000） 条件： l<δL
现象：能够保持规则的火焰锋面，火焰前 沿仍然平滑，只是增加了厚度，火焰锋面 不发生皱折，湍流火焰面厚度δT> δn
特点：小尺度湍流只是由于湍流增强了物 质的输运特性，从而使热量和活性粒子的 传输增加，使湍流火焰传播速度比层流火 焰传播速度快，而在其它方面没有什么影 响
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因为 ，所以uT>uL。若把湍流气团设想成凹凸不 平的很多小的焰锋，则uT/uL等于这些小的锥体表面积和 底面积之比。——小火焰模型，亦称湍流火焰传播的表面 理论。
uT 椎体表面积 R R 2 h 2 2 2 1 ( h / R ) 1 ( 2 h / l ) uL 锥底面积 R 2
湍流火焰比层流火焰传播快的原因：
（1）湍流流动使火焰变形，火焰表面积增加，因而增大了 反应区； （2）湍流加速了热量和活性中间产物的传输，使反应速率 增加，即燃烧速率增加； （3）湍流加快了新鲜混气和燃气之间的混合，缩短了混合 时间，提高了燃烧速度。
湍流火焰理论上正是基于以上概念发展起来的。 湍流火焰传播理论主要有两种: （1）表面皱折理论（邓克尔和谢尔金） （2）容积燃烧理论（萨默菲尔德和谢京科夫）
湍流火焰传播速度
0.6 0.7 0.4 0.3 u 5 . 3 ( u `) ( u ) 经验公式： T L
脉动速度，层流火焰传播速度及混气浓度是 影响湍流火焰传播速度的主要因素。
火焰传播速度规律
湍流火焰传播速度影响因素
（1）雷诺数 （2）压力 （3）温度 （4）脉动速度
uT 5.3(u`)0.60.7 (uT )0.40.3
湍流火焰的特点
湍流特性参数——均匀，各向同性的湍流流场，可以用 两个特征量表示湍流特征：湍流尺度和湍流强度。
湍流尺度
在湍流中不规则运动的流体微团的平均尺寸，属于宏观量级。 若 （层流焰面厚度）为小尺度湍流，反之为大尺度湍流。 湍流强度 n 描述紊流的运动速度为： `2
u`
u
1
n
流体微团的平均脉动速度与主流速度之比。
（5）混气浓度（化学恰当比或偏富时速度 最大）
式中 是椎体高度； 是紊流尺度的一半，
因为紊流微团在锥形表面上的燃烧速度是 ，则微团存在的 时间 ，紊流动脉速度是 ，锥体高度 代入上式得到：
u` 2 uT / u L 1 ( ) uL
增大紊流动脉速度，可以提高紊流传播速度。
c.对大尺度强紊流度火焰
根据上式可以写出： 此时紊流火焰传播速度与化学动力学因素无关， 只取决于动脉速度的大小。
大尺度强湍流火焰模型可以设想成大团大团未燃烧的可燃 混合物冲破火焰锋面，而输入高温的燃烧产物中，大团大 团的高温燃烧产物也冲破火焰锋面而输入未燃烧的可燃混 合物中。这些大团的尺寸都超过层流火焰的厚度，它们在 输运之后都保持自己的独立性，一下子不能和周围气团混 合。湍动使火焰迁移到哪里，就燃烧到哪里。所以这时的 火焰传播速度可以认为近似等于脉动速度。
b.大尺度弱湍流火焰：
现象：流火焰传播速度确定——小火焰模型 （表面理论）
设薄层焰锋的传播速度仍是uL，那么单位时间内焰锋 锋面烧掉的混气量为AcuL，它应与紊流火焰速度uT和紊流 焰锋的平均表面积Ap的乘积相等，即
AcuL ApuT 或 uT uL Ac / Ap
若u`>uL（层流火焰传播速度）为强湍流，反之为弱湍流。
第二节 湍流预混火焰传播图域
湍流预混火焰传播的性质既依赖于预混层流火 焰的特性（如SL和δl ），也依赖于湍流的特性， 例如l和u`
三种湍流火焰模型：
第三节 湍流预混火焰传播速度确定
a.小尺度湍流火焰： 条件： 现象：能够保持规则的火焰锋面，火焰前沿 仍是平滑的，只是增加了厚度，火焰锋面不 发生皱折，湍流火焰面厚度 层流火焰面 厚度 特点：小尺度湍流火焰只是由于湍流增强了 物质的输运特性，从而使热量和活性粒子的 传输加快，使湍流火焰传播速度比层流火焰 传播速度快，而在其他方面没有什么影响。
第八章 湍流预混燃烧
8.1湍流预混火焰传播 8.2湍流预混火焰传播图域
8.3湍流预混火焰传播速度确定 8.4湍流火焰传播速度影响因素
第一节 湍流预混火焰传播
研究湍流火焰的目的
1.工程中的燃烧装置多是湍流燃烧 2.确定湍流特性对火焰传播的影响 雷诺数
直管段中： 时，层流； 混气的流动为紊流时， 时，火焰为紊流火焰。
大尺度强湍流火焰：
条件：
现象： 不存在连续的火焰面
大尺度强湍流火焰传播速度确定：
湍流强度很大时：
uT / u L 1 (u `/ u L ) 2 uT u`
湍流火焰传播速度与化学动力学因素无关，只 取决于脉动速度的大小。
湍流火焰传播速度
大尺度强湍流火焰（湍流火焰传播的容积理论）：
湍流火焰传播速度
对于管流，湍流尺度 和气流速度成正比： 与管径成正比，脉动速度
而分子导温系数
与分子运动粘性 成正比，所以
uT / uL (T / L )1/ 2 (lu`/ v)1/ 2 Re1/ 2 uT uL Re1/ 2
小尺度湍流情况下，湍流火焰传播速度不仅与可燃混气的 物理化学性质有关（即与uL成正比），还与流动特性有关 （即与 有关）。
湍流预混火焰传播可以描述为在湍流流动中 传播的薄的层流预混火焰。湍流流动使火焰发生 了扭曲，扭曲的程度则取决于当地的湍流程度。 湍流火焰传播速度——是指湍流火焰前沿法 向相对于新鲜可燃气运动的速度，可用流经火焰 的可燃预混气的体积流量 除以湍流火焰的表观 面积 来表示
湍流火焰表面积的确定是关键。
在圆筒状燃烧器上测得的雷诺数对湍流火焰传播速度的影响
湍流火焰的特点：
层流火焰： 火焰锋面光滑，焰锋厚 度很薄，火焰传播速度 小。 湍流火焰： 火焰长度缩短，焰锋变 宽，并有明显的噪声， 焰锋不再是光滑的表面 ，而是抖动的粗糙表面 ，火焰传播快（层流的 好几倍）。
第八章 湍流预混火焰
第八章 湍流预混火焰
具有不同燃烧速率的火焰表面
窄缝燃烧火焰表面
小尺度湍流火焰传播速度确定
湍流火焰传播速度和层流火焰传播速度之比等于两者传输 率之比的平方根
T 1/ 2 T / 0C p 1/ 2 uT / uL ( ) ( ) L L / 0C p
是湍流热传导系数； λL 是层流热传导系数 根据相似性原理，分子导温系数 L L / 0C p，因此湍流导温系数 。在湍流中湍流导温系数 取决于湍流尺度和脉动 是速度的乘积，即
uT 椎体表面积 R R 2 h 2 2 2 1 ( h / R ) 1 ( 2 h / l ) uL 锥底面积 R 2
湍流火焰比层流火焰传播快的原因：
（1）湍流流动使火焰变形，火焰表面积增加，因而增大了 反应区； （2）湍流加速了热量和活性中间产物的传输，使反应速率 增加，即燃烧速率增加； （3）湍流加快了新鲜混气和燃气之间的混合，缩短了混合 时间，提高了燃烧速度。
湍流火焰理论上正是基于以上概念发展起来的。 湍流火焰传播理论主要有两种: （1）表面皱折理论（邓克尔和谢尔金） （2）容积燃烧理论（萨默菲尔德和谢京科夫）
湍流火焰传播速度
0.6 0.7 0.4 0.3 u 5 . 3 ( u `) ( u ) 经验公式： T L
脉动速度，层流火焰传播速度及混气浓度是 影响湍流火焰传播速度的主要因素。
火焰传播速度规律
湍流火焰传播速度影响因素
（1）雷诺数 （2）压力 （3）温度 （4）脉动速度
uT 5.3(u`)0.60.7 (uT )0.40.3
湍流火焰的特点
湍流特性参数——均匀，各向同性的湍流流场，可以用 两个特征量表示湍流特征：湍流尺度和湍流强度。
湍流尺度
在湍流中不规则运动的流体微团的平均尺寸，属于宏观量级。 若 （层流焰面厚度）为小尺度湍流，反之为大尺度湍流。 湍流强度 n 描述紊流的运动速度为： `2
u`
u
1
n
流体微团的平均脉动速度与主流速度之比。
（5）混气浓度（化学恰当比或偏富时速度 最大）
式中 是椎体高度； 是紊流尺度的一半，
因为紊流微团在锥形表面上的燃烧速度是 ，则微团存在的 时间 ，紊流动脉速度是 ，锥体高度 代入上式得到：
u` 2 uT / u L 1 ( ) uL
增大紊流动脉速度，可以提高紊流传播速度。
c.对大尺度强紊流度火焰
根据上式可以写出： 此时紊流火焰传播速度与化学动力学因素无关， 只取决于动脉速度的大小。
大尺度强湍流火焰模型可以设想成大团大团未燃烧的可燃 混合物冲破火焰锋面，而输入高温的燃烧产物中，大团大 团的高温燃烧产物也冲破火焰锋面而输入未燃烧的可燃混 合物中。这些大团的尺寸都超过层流火焰的厚度，它们在 输运之后都保持自己的独立性，一下子不能和周围气团混 合。湍动使火焰迁移到哪里，就燃烧到哪里。所以这时的 火焰传播速度可以认为近似等于脉动速度。
b.大尺度弱湍流火焰：
现象：流火焰传播速度确定——小火焰模型 （表面理论）
设薄层焰锋的传播速度仍是uL，那么单位时间内焰锋 锋面烧掉的混气量为AcuL，它应与紊流火焰速度uT和紊流 焰锋的平均表面积Ap的乘积相等，即
AcuL ApuT 或 uT uL Ac / Ap
若u`>uL（层流火焰传播速度）为强湍流，反之为弱湍流。
第二节 湍流预混火焰传播图域
湍流预混火焰传播的性质既依赖于预混层流火 焰的特性（如SL和δl ），也依赖于湍流的特性， 例如l和u`
三种湍流火焰模型：
第三节 湍流预混火焰传播速度确定
a.小尺度湍流火焰： 条件： 现象：能够保持规则的火焰锋面，火焰前沿 仍是平滑的，只是增加了厚度，火焰锋面不 发生皱折，湍流火焰面厚度 层流火焰面 厚度 特点：小尺度湍流火焰只是由于湍流增强了 物质的输运特性，从而使热量和活性粒子的 传输加快，使湍流火焰传播速度比层流火焰 传播速度快，而在其他方面没有什么影响。
第八章 湍流预混燃烧
8.1湍流预混火焰传播 8.2湍流预混火焰传播图域
8.3湍流预混火焰传播速度确定 8.4湍流火焰传播速度影响因素
第一节 湍流预混火焰传播
研究湍流火焰的目的
1.工程中的燃烧装置多是湍流燃烧 2.确定湍流特性对火焰传播的影响 雷诺数
直管段中： 时，层流； 混气的流动为紊流时， 时，火焰为紊流火焰。
大尺度强湍流火焰：
条件：
现象： 不存在连续的火焰面
大尺度强湍流火焰传播速度确定：
湍流强度很大时：
uT / u L 1 (u `/ u L ) 2 uT u`
湍流火焰传播速度与化学动力学因素无关，只 取决于脉动速度的大小。
湍流火焰传播速度
大尺度强湍流火焰（湍流火焰传播的容积理论）：
湍流火焰传播速度
对于管流，湍流尺度 和气流速度成正比： 与管径成正比，脉动速度
而分子导温系数
与分子运动粘性 成正比，所以
uT / uL (T / L )1/ 2 (lu`/ v)1/ 2 Re1/ 2 uT uL Re1/ 2
小尺度湍流情况下，湍流火焰传播速度不仅与可燃混气的 物理化学性质有关（即与uL成正比），还与流动特性有关 （即与 有关）。
湍流预混火焰传播可以描述为在湍流流动中 传播的薄的层流预混火焰。湍流流动使火焰发生 了扭曲，扭曲的程度则取决于当地的湍流程度。 湍流火焰传播速度——是指湍流火焰前沿法 向相对于新鲜可燃气运动的速度，可用流经火焰 的可燃预混气的体积流量 除以湍流火焰的表观 面积 来表示
湍流火焰表面积的确定是关键。
在圆筒状燃烧器上测得的雷诺数对湍流火焰传播速度的影响
湍流火焰的特点：
层流火焰： 火焰锋面光滑，焰锋厚 度很薄，火焰传播速度 小。 湍流火焰： 火焰长度缩短，焰锋变 宽，并有明显的噪声， 焰锋不再是光滑的表面 ，而是抖动的粗糙表面 ，火焰传播快（层流的 好几倍）。
第八章 湍流预混火焰
第八章 湍流预混火焰
具有不同燃烧速率的火焰表面
窄缝燃烧火焰表面
小尺度湍流火焰传播速度确定
湍流火焰传播速度和层流火焰传播速度之比等于两者传输 率之比的平方根
T 1/ 2 T / 0C p 1/ 2 uT / uL ( ) ( ) L L / 0C p
是湍流热传导系数； λL 是层流热传导系数 根据相似性原理，分子导温系数 L L / 0C p，因此湍流导温系数 。在湍流中湍流导温系数 取决于湍流尺度和脉动 是速度的乘积，即