第6章层流预混火焰 T(K) molar fraction 6.1预混火焰与扩散火焰 2000 T 0.2 6.2缓燃波与爆震波 1500 对流 热传导 H2O 6.3一维层流预混火焰定性分析 1000 CH 0.1 6.4一维层流预混火焰详细理论分析 组分扩散 co2 500 6.5层流预混火焰速度及其测量方法 Co 0 0 6.6影响层流预混火焰速度的因素 0.9 0.95 入 x(cm) 6.7层流预混火焰详细结构 1898 6.8火焰拉伸率及其对预混火焰的影响 mC,-(A)-q@3 6.9预混火焰稳定性 m=(D,+@ 6.10预混火焰的着火与熄火 cop-p-Aexp-eop 《燃烧学基础》6，层流预混火焰 陈正(cz@pku.edu.cn)3 火焰分类 预混火焰vs.非预混（扩散）火焰 ■ 层流火焰vs.湍流火焰 均相火焰vs.非均相火焰 ■ 亚音速火焰vs.超音速火焰 Gasoline Engine (Spark Ignition) 《燃烧学基础》6，层流预混火焰 陈正(cz@pku.edu.cn)4
澦䏝ׁक澧 ͧࡗقஓ䍡 ୟࠔ I`&VQ[KJ[IT 䍡ஓࡗق ् ॕ 䍡ݢ۞Љ䍡ஓ ࡇЉࡇন ߅㓬Ӣؓ䍡ஓࡗقঢ ▁ ߅Ӣࣂੵ䍡ஓࡗقঢ ▁ ࡄݱଞ࡚ՂҾڅૻ䍡ஓࡗق ॹ֛ࣩڅૻ䍡ஓࡗقտڦ ߄গੵ䍡ஓࡗق 䍡ۿѴࢴՂҾتஓ䍡ڦࣩտ ஓ䍡ؓऻ㓬 ஓ䍡ࣩअ䍡Љ䍡 x (cm) 0.9 0.95 1 0 500 1000 1500 2000 0 0.1 0.2 CH4 CO2 H2O CO T (K) T T molar fraction ج䏣ѭ ݢ۞ঐӢ ࡗت F F F F dx dY D dx d dx dY m P F F q dx dT dx d dx dT mC ( ) exp( ) R T E Y A a F F ߅Ӣ ࡄݱ ॹ 0.9 0 500 1000 CH T 澦䏝ׁक澧 ͧࡗقஓ䍡 ୟࠔ I`&VQ[KJ[IT 䍡Ӣ६ 䍡ݢ۞ஓஂY \䍡ஓ 䍡ࡗ䅚Y \䍡ࡗق 䍡֭ࣼஂY \䍡֭ࣼ нஉૻ䍡\ Yબஉૻ䍡 䍡֭ࣼஂY \ 䍡\ Y બஉૻ
预混火焰与扩散火焰介绍 预混火焰 扩散火焰 ./89 VY.VY>0 7yY。0 口平面火焰 口Bunsen火焰 口预混对冲火焰 口管道内传播火焰 口球形传播火焰 ■扩散火焰 7Y7。<0 口扩散对冲火焰 口Burke-Schumann火焰 口球形扩散火焰（液滴、炭颗粒） 《燃烧学基础》6，层流预混火焰 陈正(z@pku.edu.cm) 6
澦䏝ׁक澧 ͧࡗقஓ䍡 ୟࠔ I`&VQ[KJ[IT ஓ䍡Љ۞ݢ䍡яঔ 䍡ݢ۞ 䍡ஓ 0 YF YO 0 YF YO 澦䏝ׁक澧 ͧࡗقஓ䍡 ୟࠔ I`&VQ[KJ[IT ஓ䍡Љ۞ݢ䍡яঔ 䍡ஓ 䍡ٴ Bunsen 䍡 ӎ䍡تஓ 䍡ݏॡଂӃѭ 䍡ݏѭڤࣁ 䍡ݢ۞ ӎ䍡تݢ۞ Burke-Schumann 䍡 e澝䎣梂८ࢅ䃎ͣ䍡ݢ۞ڤࣁ 0 YF YO YF YO 0 nsen 䍡 ӎ䍡ت 䍡ݏଂӃѭ 䍡ݏѭڤ Y Y
预混燃烧的类型 ■均质着火(homogeneous ignition,explosion):高温高压时 H2/O2混合物的着火过程，空间均匀分布，不存在燃烧波的传播。 cg24斯@) p dt ■缓燃波(deflagration):亚声速，扩散控制 ■爆轰波(detonation):超声速，激波与化学反应耦合 mCp d 《燃烧学基础》6，层流预混火焰 陈证(@pku.edu.cn 均质着火 10日 CH, 10 CH HO. agm Pressure traneducer CH./O.IAr 025 .07 ow pressure) Time(s) d 《燃烧学基础》6，层流预混火焰 陈正(a@pku.edu.cn)B
澦䏝ׁक澧 ͧࡗقஓ䍡 ୟࠔ I`&VQ[KJ[IT ஓ䏝ࣩ६ֹ ֭ઔअ䍡ͣNUSUMKTKU[YOMTOZOUTͧK^VRUYOUTͤ͵ளࡴளԸݿ .5՟ࣩࢢअ䍡सͧी֭ԓӢ١ͧЈ֧䏝ࣩࡇѭݏ澞 নࡇJKLRGMXGZOUT͵нב۞uૻݢܰӱ 凥՟ڀՅЉԖࡇࢍuૻבબ͵JKZUTGZOUTࡇ怭 k k Wk dt dY N k P hkWk k dt dT C ( ) F F F F dx dY D dx d dx dY m P qF F dx dT dx d dx dT mC ( ) F F F F dx dY D dx d dx dY m P qF F dx dT dx d dx dT mC ( ) ӱܰݢ۞uૻבн dt F dx m dYF F F q 澦䏝ׁक澧 ͧࡗقஓ䍡 ୟࠔ I`&VQ[KJ[IT ֭ઔअ䍡 Time (s) Mole fraction Temperature (K) 0 0.025 0.05 0.075 10-9 10-7 10-5 10-3 10-1 1000 1500 2000 2500 T O H OH CH3 HO2 CH4 T Homogeneous Ignition CH4/air (Phi=1) P=1atm,T0=1200K k k Wk dt dY N k V kWk k e dt dT C ( ) Mole fr action 10-9 10-7 10-5
缓燃波（火焰） ■缓燃波(deflagration):亚声速，扩散控制 ■爆轰波(detonation):超声速，激波与化学反应耦合 左移火焰面 未燃预混气体 燃烧产 来流速度U 5E+0 OH H,O 0 4E+ CH 500 8808509 110519 x(cm) 《燃烧学基础》6，层流预混火焰 陈证(z@pku.edu.cn) 0 爆轰波 ■缓燃波(deflagration):亚声速，扩散控制 ■爆轰波(detonation):超声速，激波与化学反应耦合 左移海波 未透预混气体 烧产物兼 23 PIP nduction period Chemical reactior 3 《燃烧学基础》6，层流预混火焰 陈证(cz@pku.edu.cn)1o
澦䏝ׁक澧 ͧࡗقஓ䍡 ୟࠔ I`&VQ[KJ[IT 䍡ࡇন x (cm) -5 0 5 10 0 500 1000 1500 2000 2500 0 2E+09 4E+09 6E+09 0 0.1 0.2 0.3 0 0.01 O2 CH4 CO2 H2O OH CO NO NO OH T (K) T T Q JS-1m3 molar fraction Q 1-D premixed CH4/air (Phi=1) flame P=1atm,Tu=298K x (cm) 0.8 0.85 0.9 0.95 1 1.05 1.1 0 500 1000 1500 2000 2500 0 2E+09 4E+09 6E+09 0 0.1 0.2 0.3 0 0.01 O2 CH4 CO2 H2O OH CO OH T (K) T T Q JS-1m3 molar fraction Q 1-D premixed CH4/air (Phi=1) flame P=1atm,Tu=298K নࡇJKLRGMXGZOUT͵нב۞uૻݢܰӱ 凥՟ڀՅЉԖࡇࢍuૻבબ͵JKZUTGZOUTࡇ怭 0 2 0.3 0.01 NO molar f raction 20 25 6E+09 Q T ( JS-1m3 澦䏝ׁक澧 ͧࡗقஓ䍡 ୟࠔ I`&VQ[KJ[IT ࡇ怭 নࡇJKLRGMXGZOUT͵нב۞uૻݢܰӱ 凥՟ڀՅЉԖࡇࢍuૻבબ͵JKZUTGZOUTࡇ怭
平面火焰 D-os4tmm 《燃烧学基础》6，层流预混火焰 陈正(a@pku.edu.cn1H 火焰稳定性 Stable(Le>1) Cellular flame (Le<1) Lewis数：Le,D.pC,D a 对流 对流 热传号 热传号 组分扩散 组分扩散 《燃烧学基础》6，层流预混火焰 陈正(z@pku.edu.cm12
澦䏝ׁक澧 ͧࡗقஓ䍡 ୟࠔ I`&VQ[KJ[IT 䍡ٴ 澦䏝ׁक澧 ͧࡗقஓ䍡 ୟࠔ I`&VQ[KJ[IT 䍡ؓऻ㓬 Stable (Le>1) Cellular flame (Le1 Le1
平面火焰应用 Bumermm )c n 齐飞教授 陈正(z@pku.edu.cn)13 一维驻定预混火焰 Burner stabilized 1-D premixed flames Flame Hlat flame Cylindrical flame Spherical flame 《燃烧学基础》6，层流预混火焰 陈正(a@pku.edu.cm)14
澦䏝ׁक澧 ͧࡗقஓ䍡 ୟࠔ I`&VQ[KJ[IT ࣐ڀ䍡ٴ 喀伎ᮉᦸ 澦䏝ׁक澧 ͧࡗقஓ䍡 ୟࠔ I`&VQ[KJ[IT ▁ঢؓஓ䍡 Flat flame Cylindrical flame Spherical flame Burner stabilized 1-D premixed flames
本生灯火焰 Nompremixed lhcrmlbtstionpoducts Air R.Bunsen (1811-1899) Fuel-air premiure 德国化学家 ariallop Air 《燃烧学基础》6，层流预混火焰 陈正(a@pku.edu.cm15 本生灯火焰 (pUn)u=(pUn)b Pu Un.b Un.u Pb 1.b=.nT stu=Vn.M Un.u =Vul sin a Figure 2.4.Kinematic balance for a steady oblique flame 《燃烧学基础》6，层流预混火焰 陈证(z@pku.edu.cm)16
澦䏝ׁक澧 ͧࡗقஓ䍡 ୟࠔ I`&VQ[KJ[IT 䍥䍡࣏ޯ R.Bunsen (1811-1899) ؞Ԗ֡ڳ 澦䏝ׁक澧 ͧࡗقஓ䍡 ୟࠔ I`&VQ[KJ[IT 䍥䍡࣏ޯ 1mm
不同颜色的本生灯火焰 秀 fuel rich fuel lean oereteamepetoaeanybiomegepeaios8ne8e8ngheaetahygeh 《燃烧学基础》6，层流预混火焰 陈正(z@pku.edu.cn)17 开口和闭口本生灯火焰 closed closed open (a) (b) RR。 teo 油 he9aenec 《燃烧学基础》6，层流预混火焰 陈正(a@pku.edu.cm)18
澦䏝ׁक澧 ͧࡗقஓ䍡 ୟࠔ I`&VQ[KJ[IT 䍥䍡࣏ޯࣩЈբச৸ Different flame types of a Bunsen burner depend on oxygen supply. On the left a rich fuel with no premixed oxygen produces a yellow sooty diffusion flame; on the right a lean fully oxygen premixed flame produces no soot and the flame color is produced by molecular radicals, especially CH and C2 band emission. The purple color is an artifact of the photographic process. fuel rich fuel lean 澦䏝ׁक澧 ͧࡗقஓ䍡 ୟࠔ I`&VQ[KJ[IT 䍥䍡࣏ޯՌՌոڏ open closed closed open
本生灯火焰 aTk业the premiing Bunsen burner Slot burner 《燃烧学基础》6，层流预混火焰 陈正(a@pku.edu.cn19 本生灯湍流火焰 xed flame mm were used for the Z-lient path The light r.The hl allf Fluid Morien i in the 《燃烧学基础》6，层流预混火焰 陈正(z@pku.edu.cm)20
澦䏝ׁक澧 ͧࡗقஓ䍡 ୟࠔ I`&VQ[KJ[IT 䍥䍡࣏ޯ Bunsen burner Slot burner 澦䏝ׁक澧 ͧࡗقஓ䍡 ୟࠔ I`&VQ[KJ[IT 䍡ࡗ䍥䅚࣏ޯ
本生灯湍流火焰 秀 直接真 《燃烧学基础》6，层流预混火焰 陈正(a@pku.edu.cnm)21 预混对冲火焰 N Laser Head Premixed fuel/air CCD Canera 0 Processo 《燃烧学基础》6，层流预混火焰 陈正(a@pku.edu.cm)2
澦䏝ׁक澧 ͧࡗقஓ䍡 ୟࠔ I`&VQ[KJ[IT 䍡ࡗ䍥䅚࣏ޯ 澦䏝ׁक澧 ͧࡗقஓ䍡 ୟࠔ I`&VQ[KJ[IT ӎ䍡تஓ Premixed fuel/air