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燃?xì)馊紵臍饬骰旌线^程

  
評論: 更新日期:2015年07月01日

在燃燒技術(shù)中,燃?xì)馊紵^程是一個復(fù)雜的物理、化學(xué)過程。就其過程進(jìn)展條件不同,可分為動力燃燒和擴(kuò)散燃燒,前者為燃?xì)夂涂諝忸A(yù)先充分、均勻混合,然后送入燃燒室進(jìn)行燃燒;后者為燃?xì)夂涂諝夥謩e送入燃燒裝置,在燃燒室內(nèi)一邊混合,一邊進(jìn)行燃燒,由于燃燒速度較慢,一般有明顯的火焰,也稱為有焰燃燒。
  對于有焰燃燒,燃?xì)夂涂諝饣旌系奈锢磉^程,是決定燃燒特性的重要因素。如,火焰長度、寬度及它的溫度分布等等。所以,研究燃燒過程,必須討論與燃燒化學(xué)反應(yīng)密切相關(guān)的物理過程。
  從燃燒器噴嘴噴出的燃?xì)饬骰蛉粴狻⒖諝饣旌狭?,都是一股射出流體,簡稱為射流。射流分為各種類型。按射流方式可分為直流射流、旋轉(zhuǎn)射流;按出流方向可分為平行射流、環(huán)狀同心射流、相交射流;按流動狀態(tài)可分為層流射流、紊流射流等等。
  本章屬燃燒空氣動力學(xué)內(nèi)容,介紹氣流混合的基本概念和自由射流、相交氣流。

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第一節(jié) 靜止氣流中的自由射流


  當(dāng)氣流由管嘴或孔口噴射到充滿靜止或速度非常小介質(zhì)的無限空間時,所形成的氣流,稱為自由射流。自由射流中,氣流混合的實質(zhì)是噴出氣體與周圍介質(zhì)進(jìn)行的動量和質(zhì)量的交換。按射出流體與環(huán)境介質(zhì)的溫度和密度,可分為等溫自由射流和非等溫自由射流;按流動狀態(tài)不同,自由射流又可分為層流自由射流和紊流自由射流等。

  一、層流自由射流

  當(dāng)噴嘴口徑較小,噴出流量也較低,噴出流體的Re數(shù)在臨界值以下時,形成層流自由射流。
  某種燃?xì)鈴娜紵鲊娮煲再|(zhì)量流量qm、速度v0、溫度T0、密度ρ0、濃度C0噴出,其前進(jìn)方向與x軸方向相同,并且初速度v0在噴嘴出口處呈均勻分布。
  在射流進(jìn)入空間后,因與周圍介質(zhì)有速度差,且有粘性,產(chǎn)生層流混合邊界層,引起射流和周圍介質(zhì)的質(zhì)量、動量交換,使介質(zhì)分子也跟隨射流運動,即被射流卷吸,使射流流量逐漸增加,射流流場不斷加寬;而射流斷面上的平均速度卻逐漸下降。圖3—3—1為等溫層流自由射流流場結(jié)構(gòu)示意圖。
  圖中,OB、OC為射流外部邊界,是射流與周圍靜止介質(zhì)的交界面。在此,射流的軸向速度為零:外部邊界的交點為極點O;夾角α1為射流張角;AD、ED是射流內(nèi)部邊界,為射流核心的邊界;內(nèi)外邊界之間,則為層流混合區(qū),即邊界層。AED區(qū)域,保持出口的T0、C0等參數(shù),且軸心速度保持v0,稱為射流核心區(qū)。D點所在的FDG截面為過渡截面?!螦DE(α2)為射流核心收縮角。從出口到過渡截面為初始段。過渡截
面FDG上的軸心速度vm=v0后,射流沿程各截面速度分布開始不斷變化,直到呈相似速度分布。過渡截面FDG之后,則為基本段。對于周圍介質(zhì)的溫度和密度與噴出氣流不同的非等溫自由射流,水平出流時由于重力差使流場發(fā)生彎曲,如圖3—2—2,熱射流水平出流至冷介質(zhì)時,射流軸線往上彎曲;而對冷射流出流,則軸線下彎。
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圖3-3-1 等溫層流自由射流流場結(jié)構(gòu)示意圖





圖3-3-2 非等溫層流自由射流


  如果射流垂直向上射出,那么重力差只是稍微改變射流的張角及核心收縮角,并不使截面上速度分布和軸線變形。噴出氣流密度小于周圍介質(zhì)的密度,則張角及收縮角減小;反之,則角度增大。

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