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燃烧学第二章作业 旋流燃烧器混合特性实验方案设计能动A02 赵凯 2010031134【实验目的】 如图所示的旋流燃烧器，由同轴的两根同心管道组成，中心管通燃料气，外层管道通助燃空气（带有旋流），当空气和燃料气喷入炉膛之后发生混合，并通过旋转射流的回流区卷吸炉膛内的高温烟气，因此射流中的气体由三种成分混合而成：燃料气、空气炉膛内烟气。为掌握燃烧器的燃烧特性，需要了解炉膛空间中各处的气体成分比例（假定暂不考虑化学反应引起的成分变化)【实验原理】1、温度场、速度场、浓度场比拟理论运动的流体与周围介质间的相互作用，是通过分子运动扩散和湍流运动扩散两种基本方式来进行的。流体靠分子运动扩散和湍流运动扩散来实现分子间的动量，热量及质量的交换（统称为内迁移现象），为了表明内迁移现象的相互关系，采用量纲一的普朗特数Pr、施密特数Sc、路易斯数Le来反映动量和热量交换能力大小、动量和质量交换能力大小以及热量和质量交换能力大小的比拟关系。根据气体分子运动论的观点，可以得到进而可以得到 由此可知，在流体流动中，动量、热量、及质量交换所引起流动中的速度场、温度场、及浓度场的分布规律是完全一致的。因此可以用温度场和速度场来比拟浓度场。通过测量温度与速度分布来得到浓度分布。2、 旋转射流内部压力分布特征 在旋转射流中，中心是有旋的强制涡流动（准刚体式旋转），外围部分是无旋的势位流动。因为两部分速度分布规律的不同，造成压力分布也不同。 在射流内部有旋运动区 （1） 在射流外侧无旋运动区 （2） 对于本实验问题，可以认为中心管部分为内部有旋运动区，其他部分为无旋运动区。 因此，可以通过测量流场中不同位置的压强得到不同位置的速度。由压强场分布得到速度场分布。 综上1、2，可以通过温度场与压强场的测量来得到浓度场的分布。将速度、浓度这些实验中不容易测量的量转化为测量温度、压强这样实验容易测的量。3、物质混合时的质量能量守恒 质量守恒： （3) 能量守恒： (4) 补充方程: (5) 注:下标r,k,y分别代表燃料气、空气、烟气。下同。【实验装置】【测量手段】 通过实验原理的分析可知，为了得到浓度场的分布，可以通过测量温度场与压强场来求得。因此需要在旋流燃烧器后混合区的不同位置设置温度传感器与压力传感器。传感器数量可以根据实验精度要求来选择。【实验步骤】1、在炉膛内不同位置同时布置温度与压力传感器测量不同位置的温度与压力。2、在燃料气与空气进口处布置温度传感器测量进口处燃料气温度、空气温度。3、在炉膛较远大空间内布置压力传感器测量静压。4、处理实验数据。【数据处理方法】1、 测得不同位置的压强后，根据该位置所处的流动区域类型选择应用式（1）、（2)求得不同位置的速度。射流内部有旋运动区射流外侧无旋运动区2、 根据速度场浓度场比拟理论可得因此 3、将温度传感器得到的温度，上面计算得到的，以及进口处燃料气温度、进口处空气的温度，炉膛内烟气的温度代入式（3）、（4）、（5）。即可解得,。对不同位置重复上述3步便可得到炉膛空间中各处气体成分比例。
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