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1、第五章第五章 火焰传播与火焰传播与 气体燃料燃烧气体燃料燃烧1培训类别第一节第一节 火焰传播的基本概念火焰传播的基本概念 一、火焰传播一、火焰传播n以气体燃料燃烧为例，介绍火焰传播的基本以气体燃料燃烧为例，介绍火焰传播的基本概念。概念。2培训类别n已燃区与未燃区之间形成了明显的分界线，已燃区与未燃区之间形成了明显的分界线，化学反应发光区为火焰前沿（或称为火焰锋化学反应发光区为火焰前沿（或称为火焰锋面）。如图所示。面）。如图所示。3培训类别n火焰传播速度，指燃料燃烧的火焰锋面在法火焰传播速度，指燃料燃烧的火焰锋面在法线方向上的移动速度。线方向上的移动速度。4培训类别二、火焰传播的形式二、火焰传播
2、的形式n如果在静止的可燃混合气中某处发生了化学如果在静止的可燃混合气中某处发生了化学反应，则随着时间的进展，此反应将在混合反应，则随着时间的进展，此反应将在混合气中传播，根据反应机理的不同，稳定的火气中传播，根据反应机理的不同，稳定的火焰传播可划分为正常传播（或称为缓燃）和焰传播可划分为正常传播（或称为缓燃）和爆燃两种形式。爆燃两种形式。5培训类别n火焰正常传播是依靠导热和分子扩散使未燃火焰正常传播是依靠导热和分子扩散使未燃混合气温度升高，并进入反应区而引起化学混合气温度升高，并进入反应区而引起化学反应，从而使燃烧波不断向未燃混合气中推反应，从而使燃烧波不断向未燃混合气中推进。进。6培训类别n
3、而爆燃传播不是通过传热和传质发生的，它而爆燃传播不是通过传热和传质发生的，它是依靠激波的压缩作用使未燃混合气的温度是依靠激波的压缩作用使未燃混合气的温度不断升高而引起化学反应，从而使燃烧波不不断升高而引起化学反应，从而使燃烧波不断向未燃混合气推进。断向未燃混合气推进。7培训类别n根据燃料气流的流动类型，火焰正常传播又根据燃料气流的流动类型，火焰正常传播又可分为层流火焰传播和紊流火焰传播两种形可分为层流火焰传播和紊流火焰传播两种形式。式。8培训类别n当火焰传播过程中可燃混合气处于紊流状态当火焰传播过程中可燃混合气处于紊流状态时，称为紊流火焰传播。时，称为紊流火焰传播。9培训类别n层流火焰传播为缓
4、慢燃烧火焰传播，依靠导层流火焰传播为缓慢燃烧火焰传播，依靠导热或扩散使未燃气体混合物温度升高，火焰热或扩散使未燃气体混合物温度升高，火焰一层一层依次向未燃部分传播。紊流火焰传一层一层依次向未燃部分传播。紊流火焰传播速度较快，在播速度较快，在200cm/s以上。一般工业技术以上。一般工业技术的燃烧都属于紊流火焰传播。的燃烧都属于紊流火焰传播。 10培训类别n电站煤粉锅炉炉膛内的火焰传播正常情况下电站煤粉锅炉炉膛内的火焰传播正常情况下为缓慢燃烧的紊流火焰传播。可燃物在某一为缓慢燃烧的紊流火焰传播。可燃物在某一局部区域着火后，火焰从这个区域向前移动，局部区域着火后，火焰从这个区域向前移动，逐步传播和
5、扩散出去。火焰传播速度约逐步传播和扩散出去。火焰传播速度约13m/s。如果燃烧工况不好，比如燃烧不完。如果燃烧工况不好，比如燃烧不完全，会有可燃物质在炉膛内聚集，当未燃混全，会有可燃物质在炉膛内聚集，当未燃混合物数量增多到某一浓度时，绝热压缩将逐合物数量增多到某一浓度时，绝热压缩将逐渐增强，缓慢的火焰传播过程就可能自动加渐增强，缓慢的火焰传播过程就可能自动加速，转变为爆炸性燃烧。速，转变为爆炸性燃烧。11培训类别第二节第二节 层流火焰传播层流火焰传播 一、层流火焰传播机理一、层流火焰传播机理n大量实验表明，层流火焰结构大体如下图所示。大量实验表明，层流火焰结构大体如下图所示。假设火焰为平面，其
6、表面与管子轴线垂直。为假设火焰为平面，其表面与管子轴线垂直。为方便起见，假定火焰前沿驻定不动，而混合气方便起见，假定火焰前沿驻定不动，而混合气体以层流火焰传播速度体以层流火焰传播速度uL流入管内，初始参数流入管内，初始参数浓度为浓度为Y-，温度，温度T-，密度，密度-，压力，压力p-。化学。化学反应速率为反应速率为w。 12培训类别13培训类别n薄层有以下特点：薄层有以下特点：（1）在火焰前沿厚度的很大一部分）在火焰前沿厚度的很大一部分,化学反应化学反应速率很小。化学反应主要集中在很窄的区域速率很小。化学反应主要集中在很窄的区域（）中进行，厚度为）中进行，厚度为lc，称为化学反应区。，称为化学
7、反应区。14培训类别（2）由于火焰前沿的厚度很小，但温度和浓度）由于火焰前沿的厚度很小，但温度和浓度的变化却很大，因而在火焰前沿中出现了很的变化却很大，因而在火焰前沿中出现了很大的浓度梯度及温度梯度。大的浓度梯度及温度梯度。15培训类别二、层流火焰传播速度二、层流火焰传播速度n称为层流火焰传播方程。解该方程组需要边称为层流火焰传播方程。解该方程组需要边界条件。界条件。16培训类别n一般火焰正常传播速度的数量级是一般火焰正常传播速度的数量级是1100cm/s。n火焰传播速度与化学反应速率的平方根成比火焰传播速度与化学反应速率的平方根成比例。例。17培训类别三、影响层流火焰传播速度的因素三、影响层
8、流火焰传播速度的因素1、热扩散率、热扩散率2、压力、压力3、初始温度、初始温度4、理论燃烧温度、理论燃烧温度5、过量空气系数、过量空气系数18培训类别19培训类别图图5-4 初温对火焰传播速度的影响初温对火焰传播速度的影响 图图5-5初温对不同燃料火初温对不同燃料火焰传播速度的影响焰传播速度的影响 20培训类别图图5-6 燃烧温度对传播速度的影响燃烧温度对传播速度的影响 图图5-7 混合气中混合气中H原子浓度对传播原子浓度对传播速度的影响速度的影响 21培训类别图图5-8 过量空气系数对火焰传播速度的影响过量空气系数对火焰传播速度的影响 22培训类别表表5-1 几种气体在与空气混合时的火焰传播
9、浓度极限（在几种气体在与空气混合时的火焰传播浓度极限（在0.1MPa，20时）时） 气体气体浓度下限，度下限，%浓度上限，度上限，%最高火焰最高火焰传播速度播速度=1时的的传播速度，播速度，m/s所所处浓度，度，%速度，速度，m/s氢H26.565.2422.671.6一氧化碳一氧化碳CO16.370.9430.420.3甲甲烷CH46.311.910.50.370.28乙炔乙炔C2H23.552.3101.351.0乙乙烯C2H44.014.070.630.523培训类别第三节第三节 紊流火焰传播紊流火焰传播 n紊流火焰传播受可燃混气湍动的强烈影响。紊流火焰传播受可燃混气湍动的强烈影响。24
10、培训类别一、紊流火焰传播机理一、紊流火焰传播机理n借用层流火焰锋面的概念，在火焰和未燃气借用层流火焰锋面的概念，在火焰和未燃气体的分界，近似认为存在一个几何面，也称体的分界，近似认为存在一个几何面，也称之为火焰锋面。之为火焰锋面。25培训类别n图图5-9 紊流火紊流火焰示意图焰示意图na）小尺度紊）小尺度紊流火焰流火焰 b）大）大尺度弱紊流尺度弱紊流火焰火焰 c）大尺）大尺度强紊流火度强紊流火焰焰 26培训类别n将微团的脉动速度将微团的脉动速度w与层流火焰传播速度与层流火焰传播速度uL比较，如果比较，如果w uL，则称为大尺度强紊流火，则称为大尺度强紊流火焰；反之，称为大尺度弱紊流火焰。焰；反
11、之，称为大尺度弱紊流火焰。27培训类别二、紊流火焰传播速度二、紊流火焰传播速度28培训类别1、紊流火焰的表面理论、紊流火焰的表面理论n在在2300Re6000范围内，紊流为小尺度的。范围内，紊流为小尺度的。29培训类别30培训类别n对于大尺度弱湍动的火焰，对于大尺度弱湍动的火焰，wuL uTuLw n大尺度强湍动：大尺度强湍动： 31培训类别2、紊流火焰的容积理论、紊流火焰的容积理论32培训类别n容积理论认为，在大尺度强湍动下燃烧的气容积理论认为，在大尺度强湍动下燃烧的气体微团中，并不存在把未燃气体和已燃气体体微团中，并不存在把未燃气体和已燃气体或燃烧产物截然分开的正常火焰锋面，燃烧或燃烧产物
12、截然分开的正常火焰锋面，燃烧反应也不是仅仅发生在火焰锋面厚度之内。反应也不是仅仅发生在火焰锋面厚度之内。33培训类别三、影响紊流火焰传播速度的因素三、影响紊流火焰传播速度的因素34培训类别图图5-11 Re数对紊流火焰传播速度的影响数对紊流火焰传播速度的影响 图图5-12 管流的管流的Re数数 35培训类别第四节第四节 气体燃料层流燃烧气体燃料层流燃烧 36培训类别图图5-13 可燃气体与空气不同混合方式的火焰形状可燃气体与空气不同混合方式的火焰形状 37培训类别n第一种为预混火焰，如图第一种为预混火焰，如图5-13中（中（a）所示。）所示。可燃气体通过燃烧器喷口喷入炉膛，如果燃可燃气体通过燃
13、烧器喷口喷入炉膛，如果燃料进入炉膛前先和燃烧所需的全部空气预先料进入炉膛前先和燃烧所需的全部空气预先混和好，这种火焰就称为预混火焰，也称动混和好，这种火焰就称为预混火焰，也称动力燃烧火焰，属于动力控制燃烧。预混火焰力燃烧火焰，属于动力控制燃烧。预混火焰的燃烧温度高，燃烧强烈，燃烧完全，无黑的燃烧温度高，燃烧强烈，燃烧完全，无黑烟，火焰呈淡蓝色，燃烧过程短。火焰中呈烟，火焰呈淡蓝色，燃烧过程短。火焰中呈氧化性气氛。但易回火、脱火，稳定性较差。氧化性气氛。但易回火、脱火，稳定性较差。38培训类别n第二种为扩散火焰，如图第二种为扩散火焰，如图5-13中（中（c）所示。）所示。如果燃料不和空气混和，进
14、入炉膛后再混和，如果燃料不和空气混和，进入炉膛后再混和，这种火焰则称为扩散火焰，燃烧所需空气由这种火焰则称为扩散火焰，燃烧所需空气由周围空间的空气扩散供应，属于扩散控制燃周围空间的空气扩散供应，属于扩散控制燃烧。扩散火焰的燃烧温度低，燃烧不强烈，烧。扩散火焰的燃烧温度低，燃烧不强烈，燃烧不完全，冒黑烟，火焰呈明亮的黄色，燃烧不完全，冒黑烟，火焰呈明亮的黄色，燃烧过程长，即火焰最长。火焰中呈还原性燃烧过程长，即火焰最长。火焰中呈还原性气氛。但其不会回火、也不易脱火，燃烧稳气氛。但其不会回火、也不易脱火，燃烧稳定。定。39培训类别n第三种为部分预混火焰，如图第三种为部分预混火焰，如图5-13中（中
15、（b）所）所示。如果燃料和部分空气混和后进入炉膛，示。如果燃料和部分空气混和后进入炉膛，这种火焰称为部分预混火焰，有内外两个火这种火焰称为部分预混火焰，有内外两个火焰锋面。内火焰由预混的部分空气和部分燃焰锋面。内火焰由预混的部分空气和部分燃料燃烧形成，外火焰由剩余燃料和外部扩散料燃烧形成，外火焰由剩余燃料和外部扩散进来的空气燃烧形成。部分预混火焰也由扩进来的空气燃烧形成。部分预混火焰也由扩散控制。其特点介于预混火焰和扩散火焰之散控制。其特点介于预混火焰和扩散火焰之间。间。40培训类别n在锅炉设备中广泛采用扩散燃烧，保证火焰在锅炉设备中广泛采用扩散燃烧，保证火焰稳定，并且往往利用人工的扰动和涡流
16、的方稳定，并且往往利用人工的扰动和涡流的方法来加速可燃物和空气的混合过程，强化燃法来加速可燃物和空气的混合过程，强化燃烧。烧。41培训类别一、可燃预混气的动力一、可燃预混气的动力燃烧燃烧n在层流运动工况下，化学在层流运动工况下，化学均匀的可燃气体混合物的均匀的可燃气体混合物的火焰形状（即动力火炬的火焰形状（即动力火炬的形状）如图形状）如图5-14所示，可所示，可作如下的分析：作如下的分析：图图5-14 动力燃烧火焰形状动力燃烧火焰形状 42培训类别n管内任一截面上混合物的流动速度管内任一截面上混合物的流动速度w分布规律：分布规律：43培训类别44培训类别二、可燃气体的扩散燃烧二、可燃气体的扩散
17、燃烧n在层流工况下，混合过程是纯粹依靠分子热在层流工况下，混合过程是纯粹依靠分子热运动的分子扩散；而在紊流工况下，混合过运动的分子扩散；而在紊流工况下，混合过程主要依靠微团扰动的紊流扩散。程主要依靠微团扰动的紊流扩散。 45培训类别n扩散形式的火焰也可以在气体燃料和部分空扩散形式的火焰也可以在气体燃料和部分空气均匀混合后由燃烧器送入炉膛内进行燃烧气均匀混合后由燃烧器送入炉膛内进行燃烧而形成，其完全燃烧所不够的空气则从火焰而形成，其完全燃烧所不够的空气则从火焰的外界依靠扩散来供给。的外界依靠扩散来供给。46培训类别图图5-15 扩散燃烧火焰形状扩散燃烧火焰形状1空气过剩时；空气过剩时；2可燃气体
18、过剩时可燃气体过剩时 47培训类别n气体可燃物及空气分别在管径为气体可燃物及空气分别在管径为R1的内管和的内管和管径为管径为R2的外管中作层流流动，内、外管系的外管中作层流流动，内、外管系同心的，这样管径为同心的，这样管径为R2的外管一方面可看为的外管一方面可看为供给空气的供给空气的“炉膛炉膛”，另一方面它限制了火，另一方面它限制了火焰向外扩散。焰向外扩散。48培训类别n在紊流流动工况下，扩散燃烧的火焰核心的在紊流流动工况下，扩散燃烧的火焰核心的长度同样随气体流速及燃烧器管径的增加而长度同样随气体流速及燃烧器管径的增加而增加。增加。n不论气体的流动工况为层流或为紊流，在化不论气体的流动工况为层
19、流或为紊流，在化学非均匀的扩散燃烧过程中，其火焰的性质学非均匀的扩散燃烧过程中，其火焰的性质在很大程度上取决于气体的空气动力特性和在很大程度上取决于气体的空气动力特性和混合过程的物理因素，而火焰核心的长度基混合过程的物理因素，而火焰核心的长度基本上与火焰传播的正常速度无关。本上与火焰传播的正常速度无关。49培训类别三、火焰稳定原理三、火焰稳定原理n要求燃烧设备中的火焰保持稳定，火焰锋面要求燃烧设备中的火焰保持稳定，火焰锋面稳定在一定的位置。稳定在一定的位置。50培训类别51培训类别图图5-17 煤气本生灯的特性煤气本生灯的特性1回火区；回火区；2脱火区；脱火区；3火焰明亮，呈黄色。火焰明亮，呈
20、黄色。1k一次风过量空气系数；一次风过量空气系数；w流速流速 52培训类别第五节第五节 气体燃料紊流燃烧气体燃料紊流燃烧 n工程燃烧设备一般容量较大，燃料消耗量多，工程燃烧设备一般容量较大，燃料消耗量多，因此燃料气流流速较高，实际燃烧过程基本因此燃料气流流速较高，实际燃烧过程基本都属于紊流燃烧过程。都属于紊流燃烧过程。n目前的紊流燃烧研究，以理论模型研究为主。目前的紊流燃烧研究，以理论模型研究为主。 53培训类别n经典的紊流火焰传播理论，包括皱折层流火经典的紊流火焰传播理论，包括皱折层流火焰的表面燃烧理论与微扩散的容积燃烧理论；焰的表面燃烧理论与微扩散的容积燃烧理论；n紊流燃烧模型方法，是以计
21、算紊流燃烧速率紊流燃烧模型方法，是以计算紊流燃烧速率为目标的紊流扩散燃烧和预混燃烧的物理模为目标的紊流扩散燃烧和预混燃烧的物理模型，包括最新发展的几率分布函数的输运方型，包括最新发展的几率分布函数的输运方程模型和程模型和ESCIMO紊流燃烧理论。第一类理紊流燃烧理论。第一类理论模型在讨论紊流火焰传播速度时已进行了论模型在讨论紊流火焰传播速度时已进行了介绍，本节主要介绍第二类紊流燃烧模型。介绍，本节主要介绍第二类紊流燃烧模型。 54培训类别一、紊流燃烧时均反应速率与混合分数模一、紊流燃烧时均反应速率与混合分数模型型1、时均反应速率、时均反应速率n如前所述，对于简单的一步化学反应，反应如前所述，对
22、于简单的一步化学反应，反应速率可由阿累尼乌斯公式表示。此公式对于速率可由阿累尼乌斯公式表示。此公式对于层流火焰是适用的。然而，当流动变为紊流层流火焰是适用的。然而，当流动变为紊流后，温度、反应物浓度都将随时间和空间而后，温度、反应物浓度都将随时间和空间而脉动，此时，阿累尼乌斯公式只是描述了反脉动，此时，阿累尼乌斯公式只是描述了反应速率的瞬时值。应速率的瞬时值。55培训类别（1）化学反应时间尺度紊流时间尺度）化学反应时间尺度紊流时间尺度n此时，化学反应时间尺度此时，化学反应时间尺度tr比紊流时间尺度比紊流时间尺度tT大得多，也就是说化学反应相对于局部紊流大得多，也就是说化学反应相对于局部紊流的变
23、化是非常慢的。此时，当紊流脉动相对的变化是非常慢的。此时，当紊流脉动相对较小时，那么紊流脉动对反应速率的影响可较小时，那么紊流脉动对反应速率的影响可以忽略。此时，时均反应速率为：以忽略。此时，时均反应速率为： 56培训类别（2）化学反应时间尺度紊流时间尺度）化学反应时间尺度紊流时间尺度n这种类型的火焰在燃烧过程中是常见的，即称为快这种类型的火焰在燃烧过程中是常见的，即称为快速反应。从总体来说，化学反应是快的，是可以认速反应。从总体来说，化学反应是快的，是可以认为处于局部瞬态平衡。在这类火焰中，紊流混合过为处于局部瞬态平衡。在这类火焰中，紊流混合过程是控制反应速率的过程。反应在反应物混合的瞬程是
24、控制反应速率的过程。反应在反应物混合的瞬间即达到平衡。对于这些情况，可以用守恒量或叫间即达到平衡。对于这些情况，可以用守恒量或叫混合分数来判别某处的混合分数来判别某处的“混合程度混合程度”。这种守恒量。这种守恒量是局部瞬态当量比的一种度量，并且在瞬态守恒量是局部瞬态当量比的一种度量，并且在瞬态守恒量和瞬态化学性质之间（例如组分、温度和密度）存和瞬态化学性质之间（例如组分、温度和密度）存在着唯一的函数关系。在着唯一的函数关系。57培训类别（3）化学反应时间尺度）化学反应时间尺度紊流时间尺度紊流时间尺度n对于此种情形，被称为有限速率反应。化学对于此种情形，被称为有限速率反应。化学动力学与紊流脉动两
25、者必须被结合起来考虑。动力学与紊流脉动两者必须被结合起来考虑。应该说这是在化学反应中常见的情形。这类应该说这是在化学反应中常见的情形。这类化学反应是最复杂且是研究最缺乏的，对于化学反应是最复杂且是研究最缺乏的，对于这种类型的燃烧情况需要进一步研究。这种类型的燃烧情况需要进一步研究。58培训类别2、守恒量和混合分数、守恒量和混合分数n一般地，满足能量、质量、动量和组分守恒一般地，满足能量、质量、动量和组分守恒的微分方程称为守恒方程。在数学上，满足的微分方程称为守恒方程。在数学上，满足无源守恒方程的因变量通常被称为守恒量。无源守恒方程的因变量通常被称为守恒量。守恒量的概念在紊流燃烧研究中十分重要。
26、守恒量的概念在紊流燃烧研究中十分重要。 59培训类别图图5-18 两股流体混合过程示意图两股流体混合过程示意图 60培训类别n考察如图考察如图5-18所示的理想化的燃烧室。燃料所示的理想化的燃烧室。燃料fu和氧化剂和氧化剂ox分别以质量流率分别以质量流率f和（和（1-f）流入，）流入，混合物混合物M以质量流率以质量流率1流出。则在此过程中，流出。则在此过程中，任何一个无源、无汇的外延变量任何一个无源、无汇的外延变量均满足关系均满足关系式：式： 61培训类别n组合变量组合变量f遵守的方程：遵守的方程：62培训类别二、紊流扩散火焰的二、紊流扩散火焰的k-g模型模型n层流扩散火焰的特点是化学反应速率
27、大大超层流扩散火焰的特点是化学反应速率大大超过燃料和氧化剂之间混合的速率。实验表明，过燃料和氧化剂之间混合的速率。实验表明，在分析紊流火焰时，仅考虑紊流的输运特性在分析紊流火焰时，仅考虑紊流的输运特性是不够的，必须考虑紊流的脉动特性对火焰是不够的，必须考虑紊流的脉动特性对火焰的影响。在实验中，还发现燃料和氧化剂在的影响。在实验中，还发现燃料和氧化剂在局部可以共存，这一点却与快速反应模型相局部可以共存，这一点却与快速反应模型相矛盾。矛盾。63培训类别n斯帕尔丁提出并发展了紊流扩散火焰的斯帕尔丁提出并发展了紊流扩散火焰的k-g模型，其要点是：模型，其要点是：（1）用）用k-双方程模型模拟紊流输运；
28、双方程模型模拟紊流输运；（2）采用简单化学反应系统和快速反应假定；）采用简单化学反应系统和快速反应假定；（3）建立以）建立以g为因变量的控制方程；为因变量的控制方程；（4）假设混合分数）假设混合分数f的概率密度分布函数的概率密度分布函数P(f)，解微分方程；解微分方程；（5）求燃料及氧的质量分数；）求燃料及氧的质量分数；（6）求滞止焓。）求滞止焓。64培训类别n该模型的关键是如何求解该模型的关键是如何求解P(f)，目前的方法有，目前的方法有三种，即：三种，即：从对紊流脉动的认识出发，人为地指定一种从对紊流脉动的认识出发，人为地指定一种P(f)。 建立、模化并求解以建立、模化并求解以P(f)为因
29、变量的微分方程，为因变量的微分方程，即即PDF模型。模型。根据根据ESCIMO理论计算出理论计算出P(f)。 65培训类别三、紊流预混火焰模型三、紊流预混火焰模型n层流预混火焰以层流预混火焰以uL的传播速度向未燃气传播，的传播速度向未燃气传播，其数值只与可燃气体的物理化学性质有关。其数值只与可燃气体的物理化学性质有关。而紊流火焰传播速度而紊流火焰传播速度uT则不仅是物理化学性则不仅是物理化学性质的函数，而且还与流动状态有关，此时，质的函数，而且还与流动状态有关，此时，火焰锋面强烈脉动，无法观察到单一连续的火焰锋面强烈脉动，无法观察到单一连续的火焰锋面，燃烧是在一定的空间进行，成火焰锋面，燃烧是
30、在一定的空间进行，成“容积燃烧容积燃烧”的状况。的状况。66培训类别1、旋涡破碎模型（、旋涡破碎模型（EBU）n最简单的紊流预混火焰模型就是斯帕尔丁提最简单的紊流预混火焰模型就是斯帕尔丁提出的旋涡破碎模型（出的旋涡破碎模型（eddy-break-up model），），简称简称EBU模型。它的基本思想是：把紊流燃模型。它的基本思想是：把紊流燃烧区考虑成未燃气微团和已燃气微团的混合烧区考虑成未燃气微团和已燃气微团的混合物，化学反应在这两种微团的交界面上发生，物，化学反应在这两种微团的交界面上发生，认为化学反应速率取决于未燃气微团在紊流认为化学反应速率取决于未燃气微团在紊流作用下破碎成更小的微团，
31、破碎速率与紊流作用下破碎成更小的微团，破碎速率与紊流脉动动能的衰减速度成正比。脉动动能的衰减速度成正比。 67培训类别n旋涡破碎模型给出的计算二维边界层问题紊旋涡破碎模型给出的计算二维边界层问题紊流燃烧速率的公式为：流燃烧速率的公式为：68培训类别2、拉切滑模型、拉切滑模型n旋涡破碎模型在关于流动对燃烧速度的控制旋涡破碎模型在关于流动对燃烧速度的控制作用方面，给出了简单的计算公式，并为紊作用方面，给出了简单的计算公式，并为紊流燃烧过程的数值模拟开辟了道路。但该模流燃烧过程的数值模拟开辟了道路。但该模型未能考虑分子输运和化学动力学因素的作型未能考虑分子输运和化学动力学因素的作用，因此它只适用于高
32、紊流预混燃烧过程。用，因此它只适用于高紊流预混燃烧过程。 69培训类别n该模型导出的二维紊流预混燃烧的速率公式该模型导出的二维紊流预混燃烧的速率公式为：为：式中：式中：为流体层厚度，下标为流体层厚度，下标u和和b分别表分别表示未燃气团和已燃气团。示未燃气团和已燃气团。 70培训类别四、概率密度函数输运方程模型四、概率密度函数输运方程模型n随着燃烧过程的实验研究和对紊流问题的深随着燃烧过程的实验研究和对紊流问题的深入了解，人们开始意识到因变量的概率分布入了解，人们开始意识到因变量的概率分布形式是不同的，即使在同一个紊流场内，在形式是不同的，即使在同一个紊流场内，在不同区域、各个因变量的概率分布函
33、数也不不同区域、各个因变量的概率分布函数也不同。概率分布函数同。概率分布函数PDF本身也是一个受输运本身也是一个受输运方程控制的因变量。有研究者先导出了速度方程控制的因变量。有研究者先导出了速度的联合的联合PDF的输运方程。后来，有人导出了的输运方程。后来，有人导出了各组分标量的联合各组分标量的联合PDF的输运方程。其突出的输运方程。其突出的优点是其处理非线性化学反应十分方便。的优点是其处理非线性化学反应十分方便。71培训类别n单变量的概率密度函数输运方程为：单变量的概率密度函数输运方程为：72培训类别五、五、ESCIMO紊流燃烧理论紊流燃烧理论n斯帕尔丁与合作者在发展了旋涡破碎模型和斯帕尔丁
34、与合作者在发展了旋涡破碎模型和拉切滑模型的基础上，继续对紊流燃烧进行拉切滑模型的基础上，继续对紊流燃烧进行物理描述，抛开对精确的输运方程的无谓的物理描述，抛开对精确的输运方程的无谓的推导和模化的追求，发展了所谓的推导和模化的追求，发展了所谓的ESCIMO紊流燃烧模型。紊流燃烧模型。73培训类别nESCIMO各字母的含义：各字母的含义： E，Engulfment：卷吞，大尺度紊流作用下，一种：卷吞，大尺度紊流作用下，一种流体被另一流体卷吞的过程；流体被另一流体卷吞的过程； S，Stretching：拉伸，叠在一起的流体层在拉伸作：拉伸，叠在一起的流体层在拉伸作用下长度增加，厚度小；用下长度增加，
35、厚度小； C，Coherence：粘附，卷吞后不分离，粘在一起，：粘附，卷吞后不分离，粘在一起，拉伸和燃烧过程不分离；拉伸和燃烧过程不分离； I，Interdiffusion和和Interaction：相互扩散和化学反：相互扩散和化学反应，拉伸过程中的内部及边界的扩散和化学反应；应，拉伸过程中的内部及边界的扩散和化学反应； 74培训类别 MO，Moving observer：运动观察系，坐标：运动观察系，坐标取在流体层上，与流体一起运动的观察坐标取在流体层上，与流体一起运动的观察坐标系，便于描述相互的扩散和化学反应。系，便于描述相互的扩散和化学反应。nESCIMO方法是欧拉方法和拉格朗日方法的方法是欧拉方法和拉格朗日方法的结合，在更广范围内定量估计紊流、化学动结合，在更广范围内定量估计紊流、化学动力学和分子输运对燃烧速率的影响。力学和分子输运对燃烧速率的影响。 75培训类别六、紊流燃烧火焰稳定方法六、紊流燃烧火焰稳定方法1、用小型点火火焰稳定主火焰、用小型点火火焰稳定主火焰2、回流区稳定火焰、回流区稳定火焰3、扩散燃烧稳定火焰、扩散燃烧稳定火焰76培训类别77培训类别78培训类别
