《消防燃燒學(xué)》第7章_射流混合過程ppt課件

1、回想第一篇：燃料引見了燃料的根本性質(zhì)、分類，以及成分表示方法，不同的成分表示方法的換算第二篇：熄滅計算燃料熄滅時的空氣需求量，產(chǎn)物生成量的計算方法化學(xué)反響方程式的質(zhì)量比、系數(shù)比熄滅溫度，發(fā)熱溫度的近似求解過程內(nèi)插值近似法氣體分析方程、空氣耗費系數(shù)和熱損失的產(chǎn)物成分計算方法以熄滅的結(jié)果作為研討對象，沒有思索熄滅是如何進展的第三篇 熄滅根本原理第三篇 熄滅根本原理一、熄滅的定義-第七章熄滅過程：從混合分散到熄滅反響完成的整個過程 所謂熄滅，通常伴有放熱、火焰、發(fā)光和或發(fā)煙景象,是可燃物與氧化劑作用發(fā)生的氧化反響。熄滅過程是一種復(fù)雜的物理過程和化學(xué)過程的綜合，它既有流動、分散、混合等物理景象，又有氧

2、化復(fù)原反響，并放出光和熱的化學(xué)景象。熄滅是一種復(fù)雜的物理化學(xué)過程三傳一反： 動量傳送流動 熱量傳送 質(zhì)量傳送分散 化學(xué)反響第三篇 熄滅根本原理-第七章混-表示混合所需求的時間熱-表示混合后的的可燃物到達開場熄滅反響的溫度所需求的時間化-表示完成化學(xué)反響所需求的時間熄滅過程的進展主要是受化學(xué)動力學(xué)影響，還是受分散要素的影響。第三篇 熄滅根本原理一根本分類二、熄滅的分類-第七章 1動力熄滅動力學(xué)要素控制，預(yù)混熄滅、爆 炸： 混 熱+t化 3中間熄滅：介乎兩者之間第三篇 熄滅根本原理燃燒狀態(tài)燃燒分類與時間的關(guān)系穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)與空間的關(guān)系一維、二維和三維初始反應(yīng)物的混合狀態(tài)預(yù)混燃燒和非預(yù)混燃燒氣體流動狀

3、態(tài)層流、紊流 和過渡燃燒按反應(yīng)物物態(tài)均相和異相燃燒燃燒波的速度緩燃（亞音速波）、爆震（超音速波）按燃料氣體、液體和固體燃料燃燒-第七章二其他分類主要內(nèi)容射流混合過程熄滅反響速度和反響機理著火過程熄滅傳播過程異相熄滅火焰的構(gòu)造及其穩(wěn)定第七章 射流混合過程實踐意義 物理要素在整個熄滅過程起著更為重要的作用；例如有焰熄滅。 射流是大多數(shù)工程熄滅混合的主要方式：除固體燃料有時以塊狀進展熄滅外，其它燃料和氧化劑都是以射流方式送入熄滅空間的。-第七章第七章 射流混合過程-第七章分類：根據(jù)射流噴嘴：平面射流與圓形射流根據(jù)射流構(gòu)造：直流射流與旋轉(zhuǎn)射流平行射流與相交射流環(huán)形射流與同軸射流根據(jù)射流環(huán)境：自在射流與

4、受限射流層流射流與湍流射流根據(jù)射流流動：主要學(xué)習(xí)內(nèi)容： 各種射流的定義，射流的構(gòu)成條件與普通特征。第一節(jié) 靜止氣體中的自在射流第七章 射流混合過程-第七章第二節(jié) 同向平行流中的自在射流第三節(jié) 交叉射流第四節(jié) 環(huán)狀射流和同心射流第五節(jié) 旋轉(zhuǎn)射流7.1 靜止氣體中的自在射流一、自在射流的定義 流體由噴嘴流出到一個足夠大的空間后，不再受固體邊境限制而繼續(xù)分散的一種流動。其熄滅安裝稱為大氣燒嘴，例如家用煤氣灶。二、自在射流的特點 射流氣體分開噴口以后，因與外圍流體之間有速度差，且有粘性，故產(chǎn)生紊流漩渦層，與外圍流體進展動量和質(zhì)量交換，導(dǎo)致各流動截面上的速度、濃度分布特征發(fā)生變化。根據(jù)這些特征，沿射流的

5、前進方向，可將射流分為初始段，過渡段和自模段充分開展段-第七章初始段： 紅色部分為勢流中心；中心區(qū)內(nèi)速度、濃度等與出口處一樣，長度約4-5d0。7.1 靜止氣體中的自在射流-第七章= 1/2myy 自模段：軸向流速都呈正態(tài)類似分布；x/d08-10 過渡段：射流截面上軸向速度分布不斷變化直至成為正態(tài)類似分布7.1 靜止氣體中的自在射流 根據(jù)普朗特混合長度實際，自在射流半寬(y)： 軸向um的沿程衰減規(guī)律： 軸心Cm的沿程衰減規(guī)律: 自模段特性-第七章u的分布規(guī)律：C的分布規(guī)律:= 1/2myy軸向流速和濃度的徑向分布都具有類似性：自在射流對周圍氣體的卷吸才干可用卷吸率表示：7.1 靜止氣體中的

6、自在射流-第七章三、射流的卷吸及卷吸量的計算射流向前運動時，由于橫向的速度脈動及粘性，與周圍介質(zhì)產(chǎn)生動量交換，帶動周圍介質(zhì)運動，使射流的質(zhì)量沿流向逐漸添加，這種景象稱為射流的卷吸或引射。有射流必有引射。 其中me-為卷吸量； mx-為x截面處射流的總質(zhì)量流量； m0-為射流的初始質(zhì)量流量。隨著與噴口間隔x的添加，卷吸率是增大、減小還是堅持不變？7.1 靜止氣體中的自在射流 1 時 射流流量： ，與實驗條件有關(guān)。 卷吸率：2 時 Thring提出用當(dāng)量直徑de替代噴口直徑d0，即以為噴出的氣體密度為s，速度和動量堅持恒定為u0和G0 -第七章 非等溫射流卷吸率：第一節(jié) 靜止氣體中的自在射流第七章

7、 射流混合過程-第七章第二節(jié) 同向平行流中的自在射流第三節(jié) 交叉射流第四節(jié) 環(huán)狀射流和同心射流第五節(jié) 旋轉(zhuǎn)射流7.2 同向平行流中的自在射流 噴入同向平行氣流中的射流，分單股平行射流和多股平行射流。射流的擴展、軸心速度的衰減和射流核的長度主要與射流流體和環(huán)境流體之間的速度梯度有關(guān)。-第七章 射流與外流間的速度梯度越大，混合速度就快；相反，混合減緩，射流張角、速度及濃度沿軸向的變化率隨之減小，勢核長度越大，當(dāng)二者相等時，勢核貫穿整個流場。二、單股射流的特點一、定義7.2 同向平行流中的自在射流 Squire和Trouncer從實際上分析了平行流中自在射流的有關(guān)特性，提出射流出口附近混合區(qū)中軸向速

8、度的分布公式：其中：r1和r2混合區(qū)的內(nèi)、外半徑， u0和us射流初速度和外圍流的速度-第七章三、速度分布根據(jù)軸向速度分布式和Alpinieri的實驗數(shù)據(jù)(1)繪出了平行流中射流軸向速度衰減圖，圖中=us/u0由圖可看出，當(dāng)由0或2.13趨向1時，射流核越來越大，軸心速度衰減變慢射流特性的影響要素7.2 同向平行流中的自在射流-第七章1流速比7.2 同向平行流中的自在射流射流的半速線表示射流的分散情況隨流速比的變化情況。從圖中可以看出，當(dāng)1時，射流張角和射流擴展率隨增大而減小。-第七章射流的半速線隨流速比的變化7.2 同向平行流中的自在射流-第七章軸線濃度衰減圖，射流特征量該當(dāng)是比值sus/0

9、u0的函數(shù)2密度 0s Alpinieri在研討1的情形時，得到一個重要結(jié)論：射流特性不僅與速度比有關(guān)，而且與密度比有關(guān)，當(dāng)兩者的密度比相差較大時，密度差引起軸線上的濃度有顯著衰減，以致于對速度比的變化不甚敏感。規(guī)范情況下，H2、 CO2和空氣的密度分別為：0.0899g/L、1.79g/L，為1.29g/L。第一節(jié) 靜止氣體中的自在射流第七章 射流混合過程-第七章第二節(jié) 同向平行流中的自在射流第三節(jié) 交叉射流第四節(jié) 環(huán)狀射流和同心射流第五節(jié) 旋轉(zhuǎn)射流7.3 交叉射流一、定義及運用情況 以某一角度與主流相交的射流。 工業(yè)熄滅安裝中，經(jīng)常采用交叉射流，以實現(xiàn)以下功能：強化熄滅或降溫，例如向火焰中

10、放射二次助燃空氣。二、流場構(gòu)造正交射流 噴孔中心線與壁面交叉角為90，主流沿x方向流動。 -第七章7.3 交叉射流彎曲射流大致可分為三段：為射流核OB，比自在射流顯著縮短，且向下游歪斜；為顯著彎曲段射流剖面迅速變形；旋渦擴展段，射流轉(zhuǎn)到主流方向。Os為um結(jié)合線，Oc為幾何中心線-第七章圓孔射流橫穿主流時的彎曲變形7.3 交叉射流絕對穿透深度：橫穿主流的射流彎曲到和主流方向接近平行時，彎曲軸線分開放射口的垂直間隔。相對穿透深度：絕對穿透深度與噴嘴直徑d0之比稱為相對穿透深度。穿透深度y/d與呈反比，歸納為以下穿透深度的閱歷公式：-第七章正交射流的穿透深度7.3 交叉射流斜交射流 為了助燃或降溫

11、，有時需求二次空氣斜穿過主流，即噴孔中心線與壁面交叉角大于或小于90。 彎曲變形規(guī)律： 穿透深度隨流速比(=u0/v0)的增大而增大-第七章射流軸線隨交角和流速比的變化第一節(jié) 靜止氣體中的自在射流第七章 射流混合過程-第七章第二節(jié) 同向平行流中的自在射流第三節(jié) 交叉射流第四節(jié) 環(huán)狀射流和同心射流第五節(jié) 旋轉(zhuǎn)射流7.4 環(huán)狀射流和同心射流一、流場構(gòu)造：1充分開展區(qū)流動情況與軸對稱圓形射流類似；2但在噴嘴附近 環(huán)狀射流中心構(gòu)成低壓回流區(qū)；在同心射流交界面上，由于中央噴管有一定壁厚，也會構(gòu)成回流區(qū)。 因此，對環(huán)狀射流和同心射流來說，噴嘴的幾何外形，對臨近噴嘴的射流形狀有較大影響?；亓鲄^(qū)普通用于改善火

12、焰的穩(wěn)定性。-第七章二、外圍環(huán)狀射流與中心射流的相互影響7.4 環(huán)狀射流和同心射流-第七章 圖為中心射流的勢流中心和軸心速度隨流速比(=ua/uc)的變化情況。從圖中可以看出，當(dāng)環(huán)狀射流的速度很小，例如=0.08時，不斷到4d0間隔內(nèi)，中心射流的軸心速度都堅持常量，也就是說，勢核長度約為中心噴嘴直徑d0的4倍。隨著的增大，勢核長度越來越小，中心射流速度衰減變快。當(dāng)=2.35時，中心射流很快被環(huán)流所吸收。環(huán)狀射流對中心射流的影響7.4 環(huán)狀射流和同心射流-第七章對于外圍環(huán)狀射流來說，用環(huán)縫寬度1/2(D2-D1)作為特性尺寸，環(huán)縫出口速度ua0作為特性速度時，中心射流對外圍射流的影響如下圖。從圖

13、中可以看出，隨著中心流速的增大減小，環(huán)形射流勢核逐漸減小，速度衰減變快。直到=0.08時，經(jīng)過相當(dāng)間隔后D2-D1，環(huán)形射流被中心射流完全吸收。中心射流對外圍環(huán)形射流的影響第一節(jié) 靜止氣體中的自在射流第七章 射流混合過程-第七章第二節(jié) 同向平行流中的自在射流第三節(jié) 交叉射流第四節(jié) 環(huán)狀射流和同心射流第五節(jié) 旋轉(zhuǎn)射流7.5 旋轉(zhuǎn)射流一、定義 射流在分開噴嘴前先強迫流體作旋轉(zhuǎn)運動，它從噴嘴噴出后便會一邊旋轉(zhuǎn)一邊向前運動，這就是旋轉(zhuǎn)射流，簡稱旋流。-第七章1存在軸向分速度vx 、徑向分速度 vr和切向分速度v二、特點2旋轉(zhuǎn)劇烈到一定程度時，噴嘴附近可構(gòu)成回流區(qū)7.5 旋轉(zhuǎn)射流-第七章 實線 vx 虛

14、線 v在軸心處vx0，回流區(qū)邊境上vx = 0，回流區(qū)邊境(vx = 0)與射流邊境之間vx有一最大值vmax，x，vmax，vx分布趨于平坦均勻，回流區(qū)變小直到消逝。7.5 旋轉(zhuǎn)射流-第七章 3速度沿程衰減快； 當(dāng)x/d5以后，v、vr 根本上消逝，只需vx存在。旋轉(zhuǎn)射流沿程無因次速度(4) 射流中心有很強的卷吸力 7.5 旋轉(zhuǎn)射流-第七章 射流軸線上的靜壓力低于大氣壓力(負壓)，闡明旋轉(zhuǎn)射流中心有很強的卷吸作用，x，靜壓力大氣壓力，卷吸作用。7.5 旋轉(zhuǎn)射流 熄滅技術(shù)中，旋轉(zhuǎn)射流是強化熄滅和組織火焰的一個有效措施，它能有效地提高火焰穩(wěn)定性和熄滅強度。 三、旋流的作用-第七章四、旋流的幾個相

15、關(guān)概念自在旋渦：靠流體內(nèi)部的位能變化靜壓或水位差而運動，所以叫“位流旋渦。這種旋渦的盤旋運動并非由外加扭矩所引起，假設(shè)忽略摩擦損耗，那么不同半徑上流體微團的動量矩該當(dāng)守恒，故又叫“自在旋渦。 7.5 旋轉(zhuǎn)射流-第七章特點：1切線速度v0與半徑成反比，即越接近渦心，切線速度越快；2自在旋渦是一種“無旋圓周運動。7.5 旋轉(zhuǎn)射流固體旋渦：流體繞中心按固體旋轉(zhuǎn)規(guī)律旋轉(zhuǎn)的旋渦，又叫強迫旋渦。表達式為：旋風(fēng)或旋流是由外圍的自在旋渦和渦核的強迫旋渦組成，二者整體叫做圓周旋渦-第七章7.5 旋轉(zhuǎn)射流旋流強度、旋流數(shù) 旋轉(zhuǎn)射流的規(guī)模和強度在控制火焰長度、提高熄滅強度及改善火焰穩(wěn)定性方面起著重要的作用。 在旋轉(zhuǎn)

16、自在射流中，由于外力矩等于零，軸向動量Gx及角動量G都堅持守恒。即-第七章7.5 旋轉(zhuǎn)射流1旋流數(shù) 軸向動量Gx及角動量G都是旋轉(zhuǎn)射流的動力特性參數(shù)，由它們組成的無量綱數(shù)s來反響旋轉(zhuǎn)射流的旋轉(zhuǎn)強度，叫做旋流數(shù)。S的表達式為：意義：旋流數(shù)S，不僅可以用來反映射流的旋轉(zhuǎn)強度，而且，對于幾何類似的旋流安裝來說，它也是一個非常適用的表示射流動力類似的類似準(zhǔn)數(shù)。-第七章7.5 旋轉(zhuǎn)射流旋流數(shù)的計算 計算旋流數(shù)時，需求知道旋轉(zhuǎn)射流中切向速度v、軸向速度vx及靜壓p沿半徑r的分布規(guī)律，這對計算人員來說往往有一定困難，為了防止靜壓積分運算的困難，將其忽略不計。旋流數(shù)詳細的計算方法還應(yīng)視各種旋流安裝的構(gòu)造特點有

17、所不同。-第七章7.5 旋轉(zhuǎn)射流五、旋轉(zhuǎn)射流的流場構(gòu)造 流場構(gòu)造的探測方法 利用五孔球形皮托管或激光多普勒風(fēng)速儀可以探測旋轉(zhuǎn)射流的速度分量vx、vr、v及靜壓p沿x和r方向的分布。弱旋流：當(dāng)s.時，射流中心的軸向反壓梯度逐漸增大，以致抑制該區(qū)軸向速度，并出現(xiàn)中部回流區(qū)。-第七章7.5 旋轉(zhuǎn)射流可以看出，當(dāng)s0.416時，速度成呈高斯分布；當(dāng)s0.6后，最大軸向速度開場偏離軸線，出現(xiàn)雙峰式速度分布。-第七章7.5 旋轉(zhuǎn)射流弱旋流的流場構(gòu)造 速度分布：在弱旋流的初始段內(nèi)，勢核消逝得比自在射流快。進入充分開展段后，其軸向分速度場是類似的，即在該段的任一截面上任一點的相對速度可用下述方程表示：式中，vx為某橫截面上恣意點的軸向分速度；vxm為該截面上軸向分速度的最大值：r為該截面上恣意點的徑向坐標(biāo)；x為該截面至噴口的間隔；為旋流的視在原點至噴口的間隔；Kvx為隨旋流數(shù)而變化的分布常數(shù)，由下面公式確定：-第七章7.5 旋轉(zhuǎn)射流擴展角：弱旋流的擴展角隨著旋流數(shù)S的添加而加大，但并不是不斷隨之增大而增大，而是只能增大到約10的極限值。此增大值可用下式表示；卷吸量：與旋流強度成正比-第七章7.5 旋轉(zhuǎn)射流 強旋