【正文】 動(dòng)量、熱量和質(zhì)量的交換。 D d 2 3 4 1 R0 R1 a b c ? 最大速度線，在此線上 0dwdr? 0 速度線，也就是回流區(qū)邊界線 71 鈍體幾何參數(shù)對(duì)平均流動(dòng)特性影響的主要試驗(yàn)結(jié)果 。 ? 鈍體張角 2?: ?對(duì)回流區(qū)長度 L，寬度 (即零流線 Ψ＝ 0)H及回流質(zhì)量流率 R(R＝回流量 qmh/主流量 qmo)影響很靈敏 ??，回流區(qū)寬度 H，長度 L和回流量 R都 ? ? 阻塞率 ε＝ (b/B)2的影響 : ε升高 —R升高，L/d減小。 72 平行與相交射流的混合與傳質(zhì) 平行與相交射流混合與傳質(zhì)的動(dòng)力學(xué)條件 當(dāng)兩個(gè)或兩個(gè)以上射流組，其軸線平行，稱為平行射流，軸線成一定角度相交稱相交射流，當(dāng)交角為 180度則稱反向氣流 同向平行射流 w x 1 w x 2 w x 1 w x 2 b 反 向平行射流 w x 1 w x 2 w x 1 w x 2 b 73 ? 兩股平行射流 ， 平均速度分別為 w1和 w2，按照普朗特混合長度理論 ， 用 來反映其湍流粘性 ? 其中 R為混合邊界層厚度 。 在射流流動(dòng)中 ，混合長度 l/邊界層厚度 R=常數(shù) 。 所以湍流切應(yīng)力 ? 湍流切應(yīng)力間接表征了湍流中流體微團(tuán)的混合 dwdy12wwdwd y R??22 2 2 1 1 1 1 11 1 1 2 2 2 22 2 2 2 2( ) ( ) 2wwd w d wl k w w k wd y d y w w? ? ?? ? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ?????74 兩股平行射流湍流混合的強(qiáng)弱決定于： ① 兩者的動(dòng)壓比 ， 它是湍流擴(kuò)散 （ 三傳 ） 的動(dòng)力 （ 能量 ） 來源 ， 它的增加會(huì)導(dǎo)致流體微團(tuán)可在更大尺度范圍內(nèi)湍流相關(guān) ， 且混合邊界層愈偏于動(dòng)壓小的一側(cè) 。 當(dāng)動(dòng)壓比趨近于 1時(shí) ，由于動(dòng)壓差引起的湍流擴(kuò)散已經(jīng)十分微弱 ， 只能靠射流自身原始擾動(dòng)度來維持 ② 決定于射流自身動(dòng)壓 ， 它是射流內(nèi)部進(jìn)行三傳的動(dòng)力 （ 能量 ） 源 。 一般自身湍動(dòng)度總是維持射流內(nèi)部的小尺度湍動(dòng) 。 ③ 系數(shù) k， 決定于射流噴口的結(jié)構(gòu)特征和速度分布特征 211222ww??222w?75 相交射流 ? 相交射流以一定角度相交，在各自慣性力作用下相互碰撞和混合，完成“三傳”，這個(gè)慣性力比湍流切應(yīng)力要大數(shù)百倍。 ? ①射流等值核心區(qū)被強(qiáng)烈破壞。“三傳”升高。 ? ②射流變形，壓扁，混合邊界層很快波及到射流軸心線區(qū)，“三傳”升高。交角 α越大壓扁越厲害。 ? ③兩射流軸心線相交后，合成一股射流，同時(shí)具有最大的變形后的周邊。所以與周圍介質(zhì)“三傳”也加強(qiáng)。 ? 結(jié)論： 相交射流混合傳質(zhì)的動(dòng)力學(xué)條件是兩射流的動(dòng)量（流率）比 M=1時(shí)混合最強(qiáng)烈 。 76 ? 本章總結(jié) ? 組織好工程燃燒過程的思路： 化學(xué)反應(yīng)的溫度 、 物質(zhì)濃度條件不同 ， 則化學(xué)反應(yīng)的速度 、 反應(yīng)路線和產(chǎn)物不同 。 因此 ， 需要合理運(yùn)用控制傳熱和傳質(zhì)的方法 ， 精確地設(shè)計(jì)并控制燃燒過程中的溫度分布和物質(zhì)濃度分布 ， 從而實(shí)現(xiàn)對(duì)燃燒速度和產(chǎn)物的控制 。 ——所以 ， 工程燃燒學(xué)需要重點(diǎn)關(guān)注混合與傳質(zhì)過程 。 ? 各種工程燃燒過程的混合與傳質(zhì)的特性各不相同 ，需要用實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究分析 。 但是 ， 典型的燃燒組織過程有著共性的規(guī)律 。 77 速度脈動(dòng) wx180。決定湍流中的 “ 三傳 ” 過程 ——湍流切應(yīng)力 ——湍流正應(yīng)力 動(dòng)量傳遞 ——湍動(dòng)度 ——湍流熱通量 熱量傳遞 ——湍流傳質(zhì)通量 質(zhì)量傳遞 其中： w*——某一特征速度 c ——比熱 m180?！黧w某一組分 物質(zhì)量的脈動(dòng)量 xyww? ???2xw? ??2 2 2*( ) / 3x y zw w ww? ? ???yc T w? ???ymw? ???2 2 21 ()2 x y zw w w? ? ? ???2 2 222 22 y y yx x xz z zw w ww w ww w wx y z y x z x z y???? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ?? ? ? ???? ? ?? ? ?? ? ?? ? ???? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ?????? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ???另外兩個(gè)主要量： 湍流動(dòng)能 湍流耗散 78 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：湍流的“三傳”過程是相似的，但也存在差異 ? ? （ 1） 與 均小于 1，說明：動(dòng)量交換過程不如熱量和質(zhì)量交換更強(qiáng)烈， ∴ 溫度和濃度混合邊界層比速度邊界層發(fā)展得快。 ? （ 2）由于 Let=a/D≈1，說明：溫度和濃度邊界層的發(fā)展十分相近，可以用傳熱過程的基本規(guī)律近似描寫質(zhì)量交換。 Pr 0 .7 5 , 0 .7 0 .7 5tt ScaD??? ? ? ?1 0 .9t aLe D? ? ?， Prt a?? tSc D??79 在沒有化學(xué)反應(yīng)的流場中，可以用溫度場模擬濃度場。 ? 如研究兩股射流的混合實(shí)驗(yàn) ， 通過實(shí)驗(yàn)混合邊界層中任一點(diǎn)濃度 C。 ? C1和 C2是被比擬的實(shí)際兩股氣流的濃度 ? T1和 T2是被比擬的實(shí)際兩股氣流的溫度 ? m1和 m2是被比擬的實(shí)際兩股氣流的在空間中混合后的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 1 2 xy ,1 , 21 2 1 21 , 1 1 2 , 2 2 1 1 2 21 1 2 2 1 1 2 211p p pc c cp p p x y x yx y x ym m m mm c T m c T c T m T m T Tm C m C C m C m C C???? ? ? ? ???? ? ?????? ? ???? ? ? ???80 自由射流的傳質(zhì)： (1) 把熱射流（ T1）射入冷空間（ T2）中 無量綱軸心速度 wzs衰減快，且隨 ??有 wzs?? 無量綱軸心溫差 ?Tzs衰減快，且隨 ??有 ?Tzs?? 無量綱軸心濃度差 ?Czs衰減快，混合強(qiáng)烈，且隨 ??有 ?Czs?? (2) 把冷射流（ T1）射入熱空間（ T2）中 三個(gè)無量綱量 wzs， ?Tzs， ?Czs衰減慢，混合慢，射程長。隨??衰減很慢。 如鍋爐中的二次風(fēng)，從燃燒供 O2的角度應(yīng)用高 T1（ ?應(yīng)可能高）的空氣，以加強(qiáng)湍流混合和傳質(zhì)（供 O2），有利于燃燒 從組織爐內(nèi)氣流流動(dòng)工況角度，相反，應(yīng)用 ?低一些的空氣（ T1?），衰減慢，有足夠的擾動(dòng)范圍，保證氣流流動(dòng)。 81 氣、固 (液 )兩相射流中的混合與傳質(zhì) ① 顆粒只有幾十微米 ， 或隨風(fēng)流動(dòng) ， 對(duì)射流流場不影響 ， 可視為自由射流 ， 因此適用積分守恒條件和射流分布相似性規(guī)律 ，由于射流中有固 （ 液 ） 顆粒 ， 射流軸心線上速度衰減減慢（ 即與周圍介質(zhì)混合傳質(zhì)減慢 ） 。 一次風(fēng)中燃料濃度增加 ，會(huì)使得燃盡更加困難 ， 火焰長度變長 。 ② 某斷面軸心線上的燃料濃度 Czs=化學(xué)當(dāng)量比下的理論燃燒濃度 Clr時(shí) ， 燃燒才完全 。 此時(shí)該斷面的距離 ax/R0稱理論燃盡火焰長度 ） ③ 以質(zhì)量流量計(jì)算 ， 任一斷面上軸心線上濃度 Czs是斷面平均濃度的 。 所以 ， 空氣和燃料的分布是不匹配的 ， 要使得射流中各處的燃料都有充足氧氣 ， 必須過量空氣系數(shù)大于1。 82 旋轉(zhuǎn)射流的流動(dòng)與傳質(zhì) ? 流場存在兩個(gè)區(qū)域：類似剛體旋轉(zhuǎn)的核心區(qū)，和類似自由渦的外圍區(qū) ? 中心存在負(fù)壓區(qū)，因此有回流區(qū)存在 ? 旋轉(zhuǎn)射流的射程比同等條件的直射流短 ? 旋流強(qiáng)度的增大有利于前期混合，但會(huì)縮短射程 ? 擴(kuò)口有助于形成較大的回流區(qū) 83 ? 鈍體張角 2? ?，回流區(qū)寬度 H，長度 L和回流量 R都 ? ? 阻塞率 ε＝ (b/B)2的影響 : ε ?—R ? ，L/d?。 84 兩股平行射流湍流混合的強(qiáng)弱決定于： ① 兩者的動(dòng)壓比 ， 它是湍流擴(kuò)散 （ 三傳 ） 的動(dòng)力 （ 能量 ） 來源 ， 它的增加會(huì)導(dǎo)致流體微團(tuán)可在更大尺度范圍內(nèi)湍流相關(guān) ， 且混合邊界層愈偏于動(dòng)壓小的一側(cè) 。 當(dāng)動(dòng)壓比趨近于 1時(shí) ，由于動(dòng)壓差引起的湍流擴(kuò)散已經(jīng)十分微弱 ， 只能靠射流自身原始擾動(dòng)度來維持 ② 決定于射流自身動(dòng)壓 ， 它是射流內(nèi)部進(jìn)行三傳的動(dòng)力 （ 能量 ） 源 。 一般自身湍動(dòng)度總是維持射流內(nèi)部的小尺度湍動(dòng) 。 ③ 系數(shù) k， 決定于射流噴口的結(jié)構(gòu)特征和速度分布特征 211222ww??222w?85 相交射流 ? 相交射流以一定角度相交，在各自慣性力作用下相互碰撞和混合，完成“三傳”，這個(gè)慣性力比湍流切應(yīng)力要大數(shù)百倍。 ? ①射流的核心區(qū)被強(qiáng)烈破壞。“三傳”升高。 ? ②射流變形，壓扁，混合邊界層很快波及到射流軸心線區(qū)，“三傳”升高。交角 α越大壓扁越厲害。 ? ③兩射流軸心線相交后，合成一股射流，同時(shí)具有最大的變形后的周邊。所以與周圍介質(zhì)“三傳”也加強(qiáng)。 ? 結(jié)論： 相交射流混合傳質(zhì)的動(dòng)力學(xué)條件是兩射流的動(dòng)量（流率）比 M=1時(shí)混合最強(qiáng)烈 。