燃烧学第五章多组分反应流体守恒方程ppt课件

1、W W W . W A T S O N W Y A T T . C O M第五章第五章 多组分反响流多组分反响流 体守恒方程体守恒方程 熄灭景象包含流体运动，传热，传质和化学反响以及它们之间的相互作用。熄灭过程是一种综合的物理化学过程。 本章引见控制熄灭过程的根本方程组： 混合物质量守恒方程 组分质量守恒方程 动量守恒方程 能量守恒方程l多组分反响流体一维流动守恒方程多组分反响流体一维流动守恒方程l混合物质量守恒方程混合物质量守恒方程l组分守恒方程组分守恒方程l动量守恒方程动量守恒方程l能量守恒方程能量守恒方程l守恒标量的概念守恒标量的概念l一维流动守恒方程的通用方式一维流动守恒方程的通用方式

2、lShvab-Zeldovich公式公式 5.1多组分反响流体一维流动的守恒方程多组分反响流体一维流动的守恒方程一一.混合物质量守恒方程混合物质量守恒方程思索一长度为思索一长度为 ，截面积为，截面积为A的一维控制体。的一维控制体。根据质量守恒原理式中控制体内混合物质量控制体体积质量流量代入式5-1，得两边同时除以 并取极限 ，得对于定长流， ，那么有 密流，质量速度单位面积质量流量 混合物质量守恒方程的通用方式 二.组分的质量守恒方程 对于定长流，组分A的质量守恒方程可以写成 组分质量守恒方程更普通的一维方式为 组分 的质量守恒方程的普通矢量方式为由 得混合物质量平均速度组分速度等于质量平均速

3、度叠加上分散布朗运动速度组分总的质量通量等于对流通量和分散通量之和，即 将c式代入式a，得代入分子输运的费克分散定律，得 输运景象： 分散过程在组分 / 能量输运中的重要作用； 这些过程是在具有参数梯度的流动中分子运动的结； 梯度输运模型： Fick定律：质量流量 Fourier定律：热量流量 Newton定律： 三.动量守恒定律 控制体内动量的变化率等于作用在控制体的外表力和体积力之和。 对于定常流，有 对于一维流动，上式可写成上式除以 并取极限 ，得 四.能量守恒方程 控制体内能量变化率等于获得的外热的总和与对外做功的总和。 对于定常流动，假设系统对外界不做功，进出口势能不变，上式可写成

4、上式除以 并取极限 ，得假设不思索辐射，热流通量的一半矢量表达式为对于一维情况，热流通量表示为 将b式代入a式，得 即 或 由于代入c式，得 五、多组分反响流体一维流动的守恒方程通用方式 在卡迪尔坐标系中的方式： 六.守恒标量的概念 1.简单化学反响模型 化学反响：燃料和氧化剂消逝，产生二氧化碳和水蒸气，燃气温度升高并发出热量。 假设：1燃料和氧化剂以化学恰当比进展单步不可逆反 应，生成单一的熄灭产物 2各组分的传输特性一样，但可以随空间位置而变化每处每参数相等，但可不均匀； 3各组分比热相等。 那么燃料，氧化剂以及熄灭产物的化学反响生成率问题存在以下量的关系：假设流量为1kg/s的混合物由两

5、种成分混合而成，燃料的流量为f kg/s，空气的质量流量为1-fkg/s。 混合物分数f：燃料中所含元素的质量除以混合物的质量。f是守衡量。 混合物分数f 可以用流动中任一点的燃料、氧化剂和熄灭产物的质量分数来表示。 “燃料原料：组成燃料的元素。对碳氢化合物燃料，燃 料原料是碳和氢。 对于由一种燃料，一种氧化剂和一种反响物组成的三“组分系统：11ffw 例5.1 有一非预混的乙烷-空气火焰，其以下各组分的摩尔分数是利用不同的方法丈量的： 假设其他组分可以忽略，试根据所丈量的上述各组分摩尔分数定义混合物分数f。 解：有混合物分数的原始定义，我们先用各组分的质量分数来表示f： 假设原料仅含有碳和氢

6、元素，空气仅由 组成。在燃气中，碳元素存在于组分 中，氢元素存在于 之中，将各组分中的碳和氢元素的质量分数加起来就是f： 其中各组分质量分数的加权因子为C和H在组分中的质量分数，将质量分数 替代得： 其中， 虽然在概念上混合物分数很简单，但是用实验确定f需求测定混合物的组分，非常费事。通常在丈量中忽略很难丈量的微量组分。 例5.2 实验丈量例5.1中非预混火焰中某点各组分的摩尔分数分别如下： 假设混合物的剩下组分为 试用所计算的混合物的分数值，决议混合物的当量比。 解： 的摩尔分数为 混合物的分子量为： 将本例中给定的各组分摩尔分数值代入例5.1中混合物分数f的表达式可得 根据混合物分数定义和

7、空气比定义可知 又当量比的定义 ：而于是 从本例中可知混合物分数和当量比之间的关系，根据 的定义，可以推导他们之间的相互关系。 例5.3有一非预混射流火焰，其燃料为 氧化剂为等摩尔混合 的 的混合物。火焰中的组分有 假设一切双元分散系数相等，即各组分之间的分散性一样，假设燃料和氧化剂按化学恰当比混合，试计算该射流火焰的混合物分数，并用各组分的质量分数表示火焰中任一点处的部分混合物分数。 解：要计算按化学恰当比混合的燃料和氧化剂的混合物分数，我们只需计算反响物中燃料 的质量分数即可： 从 C,H,O原子守恒可得：从而可求解出因此 要确定部分混合物分数，必需思索到火焰中的碳原子不都是来自原料 由于氧化剂中含有 但是要留意到H原子只来源于燃料 因此部分混合物分数必定和部分H元素质量分数成正比： 可由火焰中各组分的质量分数加权求和而得到 ： 虽然燃料中的C原子有能够转化成 但是我们没有以显示方式思索这些。假设含有氢原子的组分分散性