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燃烧中输运参数

/transport parameter in combustion/
最后更新 2023-03-17
浏览 116
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描述燃烧中动量、温度、组分等物理量输运过程的基本量,包括黏度、热导率、质量扩散系数等。

英文名称
transport parameter in combustion
所属学科
工程热物理及动力工程

燃烧是反应和流动强烈耦合的放热过程,其中存在着复杂的输运现象。燃烧中输运参数均是分子自由运动导致的,这些输运参数可以从分子构形、分子势能、碰撞截面、偶极矩、极化率等基本的分子参数计算得到。三者描述的物理过程具有一定的相似性,分别作用在动量梯度、温度梯度和密度梯度上,产生相应的动量流量、能量流量和质量流量。

流动过程中由于流体具有黏性,流动速度不同的区域之间会产生剪切力,从而使得动量得以输运,黏性大小用黏度来表示。由于燃烧是气相过程,因此通常燃烧组分的黏度受压力的影响很小,但是受温度的影响非常明显,随着温度的升高,气体的黏度会不断增大。燃烧中火焰区域具有非常大的温度梯度,已燃气体和可燃预混气之间存在着强烈的热量输运过程,热传导、热对流和热辐射三种热量输运机制都很重要。热传导过程满足傅里叶定律,关键的输运参数是热导率。热导率表示物质的热传导能力,除了同分子平动有关外,还同分子的振动和转动有关。随着温度的升高,气体的热导率也不断增大,随着压力升高,热导率也会发生变化。热对流过程主要受流动因素影响。热辐射则同燃烧中各组分的浓度、辐射发射率和燃烧温度有关。化学反应进行程度及发生的快慢决定了燃烧的放热过程,此过程受组分输运的影响。组分输运主要包括流动输运和组分扩散两部分。流动输运受流动影响,在湍流等强对流火焰中非常重要,同时流动还会影响实际燃烧中反应物的滞留时间,进而影响反应进程和放热情况。组分扩散则满足菲克定律,此过程受到浓度梯度和质量扩散系数控制,质量扩散系数随温度升高而增大。此外氢原子和氢分子等小分子量物种在大温度梯度时会受到索雷特(Soret)扩散的影响,对应的输运参数在氢气等燃烧中需要特别考虑。

  • POLING B E, PRAUSNITZ J M, O'CONNELL J P.The properties of gases and liquids.New York:McGraw Hill Book Co,1987.
  • LAW C K.Combustion physics.London:Cambridge University Press,2006.
  • HIRSCHFELDER J O, CURTISS C F, BIRD R B.Molecular theory of gases and liquids.New York:John Wiley and Sons,1954.

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