马克斯坦长度等

层流燃烧速率和马克斯坦长度层流燃烧速率和马克斯坦长度是表征层流燃烧特性的重要参数。层流燃烧速率可用于分析和预测发动机的燃烧性能，对指导发动机的优化设计有重要意义。目前，测量可燃气体层流燃烧速率的方法主要有逆流双火焰法(eounterflowdoubleflames)，平面火焰燃烧法(flatflameburner)和球形火焰扩散法(sphericallyexpandingflames)。Bradley和Gu等许多学者都认为，火焰拉伸对层流燃烧速率有较大影响，是引起测量误差的主要因素。燃烧速率对火焰拉伸的敏感程度可通过马克斯坦长度参数来表征。它表征出火焰的稳定性。由于球形火焰传播模型的拉伸率定义简单明确，火焰面上拉伸分布均匀，模型简单，操作方便。被广泛地应用在测量层流燃烧速率中。层流燃烧速率和马克斯坦长度的测量原理燃烧气体的层流燃烧速度是混合气状态参数的函数，受未燃气体压力、温度以及燃气物性和当量比等诸多因素的影响，在封闭空间内进行的球形火焰传播过程中，必然伴随着压力和温度的逐渐升高，因此只有在未燃区温度和压力变化范围均很小，并且火焰辐射损失较小的情形下，此时已燃气体经历的是一个准定压绝热燃烧过程，才可以认为此时的火焰燃烧速度是混合气的层流燃烧速度．预混燃烧气体在定容燃烧弹中的燃烧属于球形膨胀燃烧，对于球形膨胀火焰，拉伸火焰传播速度可由火焰半径与传播时间的关系式给出：dtdrSun（1）式中：ur为火焰半径；t为时间。实际采用下式进行计算)/()(1111iiiiniTTrrS（2）式中：niS为i时刻拉伸火焰传播速度；1ir和1ir分别是1i和1i时刻的火焰半径。广义的层流燃烧速度定义的对象是理想化的无限大的平面火焰，但在实际条件下，层流平面火焰仅仅是一种理想化的火焰形态，遇到的火焰不是平面而大多是曲面的，其火焰前锋受有火焰拉伸的作用．火焰拉伸率通常定义为火焰表面上一个无限小面积元素的对数时间变化率，即dtdAA1（3）而对于球形火焰，有nuuutSrdtdrrdtdAAdAd221)(ln（4）根据马克斯坦长度理论，球形膨胀火焰的无拉伸层流火焰传播速度1S与拉伸火焰传播速度nS之间存有如下的线性关系bnlLSS（5）于是由式(5)将nS外推至=0处，就可以得到火焰的无拉伸火焰传播速度1S。(这里斜率bL为马克斯坦长度，表征燃气火焰的稳定性)。无拉伸层流燃烧速度可由式(6)得出lublSu（6）式中：u，b分别为未燃气密度和已燃气密度。u由混合气初始状态决定，b可由燃烧化学平衡计算获得。Lewis数和Zeldovich数燃烧的化学反应需要燃料与氧化剂在分子水平上的掺混，虽然在湍流燃烧中，这取决于涡团随机运动导致的湍流混合过程，但是分子和热量的扩散能力也是一个很重要的影响因素，尤其是在湍流扩散燃烧中。Lewis数表征了物质扩散能力与热扩散能力的相对大小，对于湍流燃烧的数值模拟，这是计算中必须给定的一个重要参数。因为处理的简便性，火多工作中对各种组分的Lewis数均取为l。但是对于烃类物质的燃烧，中间反应产生的H原子具有较强的扩散能力，其相对于2N实际的Lewis数为0．18，而且H原子是大多基元反应中的反应物，对化学反应具有一定的控制作用，因此Lewis数的设置有讨论和商榷的必要，其对数值模拟的结果的影响也需深入分析。综合而言，主要组分的掺混过程控制了火焰面的形态，减小其Lewis数，能够强化混合，加快反应进程。而仅仅改变一些微量成分的Lewis数，对火焰面形态影响不人，从这一点来说，如果关注的问题是热效应，把所有组分的Lewis数取为1是合理的，但是，如果关注的是轻质量分子的浓度，则必须采用实际的Lewis数。Zeldovich数可以通过质量燃烧流量与绝热火焰温度的关系得到，它表征温度对质量燃烧流量的影响，由Zeldovich数可以得到一步化学反应的全局活化能。Zeldovich数Ze可通过Egolfopoulos，Jomaas等人给出的方法得到，)/1()ln(20adaTdfdRE（1）2aduadAeTTTXREZ（2）R为理想气体常数，luf0，adT为绝对火焰温度，T为未燃气体温度。优先扩散对火焰不稳定性的影响可以通过一个全局Lewis数来表征，由式（3）推出，/110)()1(2)1(1LndxxxLnLZMeea（3）式中，b/，eZ为Zeldovich数,eL为全局Lewis数。