文档介绍：第 3 章燃烧物理基础
《燃烧学》 2005年2月
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•学习燃烧物理基础, 是因为:
–燃烧过程中的气体是多组份的
–伴有化学组分的生成与消失
–放热过程中热量的生成与传递
–火焰的传播和流动
•本章的内容:
–分子输运定律
–有化学反应的二维边界层守恒方程
–斯蒂芬流
–泽尔多维奇转换
–相分界面边界条件
–多组分反应系统相似准则
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•§3-1 分子输运基本定律
•分子输运的基本定律是指:
•不考虑交叉输运现象时, 分子输运过程所遵循
的定律, 即:
–速度梯度引起的动量交换
•牛顿粘性定律
–温度梯度引起的热量交换
•傅立叶导热定律
–浓度梯度引起的质量交换
•费克扩散定律
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• 1. 牛顿(Newton)粘性定律
u∞
运动板
–如图,两无限宽\长的不可渗透平板
y B δ
–相距δ\ 中间充满等温的流体B τ
固定板 x
–下平板固定,上平板以定常速度u∞运动
牛顿粘性定律
•实验发现:
–流体的速度由上平板处的u∞变到下平板处的零
–表明流速快的一层和流速慢的一层之间有剪切力
–流速慢的一层对流速快的一层有阻力
–单位面积上剪切力的大小和速度梯度∂u/∂y成正比
τ∂u
•即: = −µ
∂y
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•牛顿粘性定律给出了剪切力与动量梯度
间的关系
τ∂ u
牛顿粘性定律即= −µ
•, : ∂ y
–τ是单位面积上的剪切力
–µ 是动力粘性系数(也称动力粘度)
–∂u/∂y是速度梯度(也称剪切速率)
–负号表示动量传递与速度u增加的方向相反
•当ρ为常数时,牛顿粘性定律可写为:
τ∂u ∂(ρu)
= −νρ= −ν
–µ =ρv ∂y ∂y
•式中ρ是流体的密度
• v是运动粘性系数
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• 2. 傅立叶(Fourier)导热定律
T∞
热板
相距的两个平行平板
•δ y δ
x
–之间充满一种静止流体冷板
TW
图傅立叶导热定律
–上板温度为T∞,下板温度为TW,且T∞>TW
–沿y方向上各层之间的温度不同
–由于温差,各层之间产生了热量交换。
–热量将从温度高的一层流向温度低的一层。
•单位时间内,单位面积上的热流量与温度梯度成正比, 则有
–傅立叶导热定律:
• q= –λ∂T/∂y
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• q= –λ∂T/∂y
– q 是单位时间单位面积上的热流量
–λ是导热系数
–∂T/∂y 是温度梯度
–负号表示热流方向与温度增加的方向相反
•当ρ、cp为常数时,傅立叶导热定律又可写为:
– q= –a∂ c T)/∂y
(ρ p
• a= λ/ρcp
– a称为热扩散系数
–ρ为密度
– cp为定压比热容
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• 3. 费克(Fick)扩散定律
•相距为δ的两个多孔的平行平板 CAW
•之间充满一种静止的等温流体B y B δ
x
•另一种与B温度相同的流体A
CA∞
图费克扩散定律
–从一边渗入(渗入浓度为CA∞)
–从另一渗出(渗出浓度为CAw)
–而且CA∞>CAw。
•由于浓度差存在,而产生扩散
–横坐标代表A的浓度
–这样在B中不同的层上,A的浓度不同
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•费克扩散定律
•费克扩散定律: 单位时间、单位面积上流体A扩散造成
的物质流与在B中流体A的浓度梯度成正比
•费克扩散定律可用下式表示, 即:
• JA= –DAB∂ρA/∂y
– JA表示单位时间内,单位面积上流体A扩散造成的物质流量
– DAB是A在B中的扩散系数
–∂ρA/∂y是浓度梯度
–负号表示扩散物质流的方向与浓度增加的方向相反。
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•考虑两种以上组份的多组份混合物扩散问题时
–常把第i种组份考虑为第一种组份
–把第i种组份以外的所有组份作为另一组份j
–近似地按双组份扩散问题处理
•扩散方程可写为:
• Ji = –Dij∂ρi / ∂y
–扩散系数Dij和各组份的成份及其浓度有关
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