《燃烧理论与应用》第九章（9-2） 湍流预混火焰

§9.2湍流预混火焰 概述 1)许多实用装置中经常遇到湍流预混火焰(火花点 火式汽车发动机) 2)有关湍流预混火焰的理论描述还存在很多争议 3)针对预混燃烧中的一些重要的问题进行讨论

§9.2 湍流预混火焰 概述 1) 许多实用装置中经常遇到湍流预混火焰 (火花点 火式汽车发动机) 2) 有关湍流预混火焰的理论描述还存在很多争议 3) 针对预混燃烧中的一些重要的问题进行讨论

湍流火焰速度 1)层流火焰的传播速度仅取决于混合物的热力性 质和化学特性 2)湍流火焰传播速度不仅取决于混合物的特性, 而且还与流动特性有关 3)湍流火焰的速度可以表达为: 由于需要测定一个稳定的火焰面积A,使实验 测定湍流火焰速度变得十分复杂和困难

湍流火焰速度 1) 层流火焰的传播速度仅取决于混合物的热力性 质和化学特性 2) 湍流火焰传播速度不仅取决于混合物的特性， 而且还与流动特性有关 3) 湍流火焰的速度可以表达为： u t A m S   = 由于需要测定一个稳定的火焰面积 ，使实验 测定湍流火焰速度变得十分复杂和困难A

湍流数混火焰的结构一例 1)瞬时火焰锋面高度地波纹化 2)在瞬时火焰的锋面有很多褶皱,其中火焰顶部 附近的褶皱最大 3)反应区的位置快速地移动,其所产生的时均图 为一个厚反应区 (a)不同时刻得 到的瞬时反应锋 面的叠加图 (b)同一湍流火 焰的时平均图

湍流预混火焰的结构 –例 1) 瞬时火焰锋面高度地波纹化 2) 在瞬时火焰的锋面有很多褶皱，其中火焰顶部 附近的褶皱最大 3) 反应区的位置快速地移动，其所产生的时均图 为一个厚反应区 （a）不同时刻得 到的瞬时反应锋 面的叠加图 （b）同一湍流火 焰的时平均图

三个火焰区城 1)皱褶层流火焰(此处湍流的作用是使层流火焰 的锋面皱褶和变形,参见上图) 2)扩散反应火焰 3)涡旋火焰区 火焰区域准则 )湍流火焰的基本结构取决于和与层流火焰厚度bL 之间的大小关系 2)层流火焰的厚度与分子、非湍流、热量或质量 的传递有关

三个火焰区域 1) 皱褶层流火焰（此处湍流的作用是使层流火焰 的锋面皱褶和变形，参见上图） 2) 扩散反应火焰 3) 涡旋火焰区 火焰区域准则 1) 湍流火焰的基本结构取决于和与层流火焰厚度 之间的大小关系 2) 层流火焰的厚度与分子、非湍流、热量或质量 的传递有关

三个火焰区域的定义 1)皱褶层流火焰(湍流的作用只是将层流火焰皱褶 或扭曲):8≤lk 2)涡旋火焰区:l>82>lk 3)扩散反应区(反应区的传播除了受分子过程的影 响外,至少还受湍流的影响):o1>l

三个火焰区域的定义 1) 皱褶层流火焰（湍流的作用只是将层流火焰皱褶 或扭曲 ）： 2) 涡旋火焰区： 3) 扩散反应区（反应区的传播除了受分子过程的影 响外，至少还受湍流的影响 ）： L K   l L K l    l 0 0 l  L 

采用无量纲参数描述火焰结构 1)湍流雷诺数Reo 2) Damkohler数DaD= 特征流动时间no 特征化学反应时间 流动中大涡流的生存期: mow≡o/vm 根据层流火焰计算的特征化学反应时间: Tche≡6L/SL rS /S(δ Da》1快速化学反应区 D《I反应速度低于流体混合速度

采用无量纲参数描述火焰结构 1) 湍流雷诺数 2) 数Da chem flow Da    = 特征化学反应时间 特征流动时间 流动中大涡流的生存期： 根据层流火焰计算的特征化学反应时间：                 = = ' 0 ' 0 / / rms L L L L rms v l S S l v Da   快速化学反应区 反应速度低于流体混合速度

采用无量纲委参数描述火焰结构 10下WEAK TURBULENCE 粗线(x/6=1上方: 10-2 皱褶层流火焰区 d vims/S=1 REACTION SHEETS 粗线0/6L=下方: 出o￥ 湍流扩散火焰区 FLAMELETS IN EDDIES fo/6=1 10-2 两根粗线之间: DISTRIBUTED REACTIONS 涡流火焰区 TURBULENCE REYNOLDS NO. v'mseo/y

采用无量纲参数描述火焰结构 粗线 上方： 皱褶层流火焰区 粗线 下方： 湍流扩散火焰区 两根粗线之间： 涡流火焰区

较熠层流火焰区 1)化学反应发生在一个薄层里 2)Da>1 3)反应薄层与湍流的雷诺数有关 4)化学反应速度高于流体混合速度

皱褶层流火焰区 1) 化学反应发生在一个薄层里 2) Da>1 3) 反应薄层与湍流的雷诺数有关 4) 化学反应速度高于流体混合速度

较熠层流火焰的一种简单处理方式 1)假设火焰在一维平面层流火焰的平面内传播 2)湍流的作用仅仅是将火焰皱褶,使火焰面积增加 湍流火焰速度与层流火焰速度之比仅仅是皱褶火焰 面积与时均火焰面积之比: BURNED UNBURNED tamelesS L GAS GAS flamelets A

1) 假设火焰在一维平面层流火焰的平面内传播 2) 湍流的作用仅仅是将火焰皱褶，使火焰面积增加 皱褶层流火焰的一种简单处理方式 湍流火焰速度与层流火焰速度之比仅仅是皱褶火焰 面积与时均火焰面积之比: m = u ASl = u AflameletsSL  Sl / SL = Aflamelets / A

皱熠层流火焰理论模型 Damkohler模型: St/SL=1+v rms/OL C;和Wm型:SS=(3+(+8)} 1/2 S/S1=1+C2/vm/SL很小时 Klimov模型: S,/SL=3. 5(Vms/SL) 0.7 I Imus/S >>1

模型: Clavin和Williams模型: Klimov模型: 皱褶层流火焰理论模型 很小时