牛頓定律和速度梯度

高強(qiáng)度燃燒取決于各個(gè)交換變量的強(qiáng)化。對于電站鍋爐直流煤粉燃燒器，出口氣流屬于自由射流，在較長的核心區(qū)中，速度是相等的;在鈍體尾跡回流區(qū)，速度梯度很大，特別是反向的煙氣回流，它和煤粉氣流的內(nèi)摩擦力大，質(zhì)量和動(dòng)量交換比較強(qiáng)烈;可控渦穩(wěn)燃器，用流體力學(xué)的方法擴(kuò)大了回流區(qū)尺寸;帶穩(wěn)燃腔的燃燒器，不僅成倍地增大回流區(qū)長度，而且質(zhì)量回流率也是成倍地增加，在一個(gè)較大的范圍內(nèi)有一個(gè)較大的速度梯度，同時(shí)這些情況又是僅發(fā)生在一個(gè)：殃窄空間內(nèi)，這對組織高強(qiáng)度燃燒過程是有利的(容積熱負(fù)荷大)。

在直流煤粉燃燒器中，煤粉在自由射流的核心區(qū)附近形成一條“黑龍”，煤粉過于集中，但射流邊界上濃度則很低，自由射流外卷吸的熱量需越過一段較寬的速度邊界層，加熱此層氣相介質(zhì)后，還有一層低煤粉濃度的邊緣，才能到達(dá)濃度較大的煤粉區(qū)域，加上煤粉之間的屏蔽作用，傳質(zhì)和傳熱的阻力大大增加，對煤粉的著火是不利的。

在鈍體的尾跡卻恰恰相反，由于回流區(qū)的存在及顆粒沉聚，回流介質(zhì)的熱量(高溫?zé)煔?由于界面上的強(qiáng)烈脈動(dòng)，會直接向濃度大的區(qū)域輸運(yùn)。在熱態(tài)試驗(yàn)中很明顯地觀察到鈍體尾跡有兩股濃度較大的區(qū)域，在內(nèi)回流和外卷吸的高溫?zé)煔饧訜嵯?，加上煤粉濃度的?qū)動(dòng)勢，煤粉很快著火，在這里湍流擴(kuò)散起著重要的作用。煤粉制備需要一套很嚴(yán)密的煤粉制備系統(tǒng)。用計(jì)算機(jī)模擬的結(jié)果，也發(fā)現(xiàn)鈍體尾跡存在一個(gè)煤粉的高濃度區(qū)，即使在射流邊界上，煤粉濃度也較大。

局部煤粉濃度提高，使顆粒間的間隙減少，增加屏蔽作用，使散熱減少，火焰?zhèn)鞑ニ俣仍黾?，傳熱加快，結(jié)果是煤粉的著火溫度降低。據(jù)計(jì)算，煙煤粉濃度從0.43kg/kg增加至5kg/kg時(shí)，著火溫度從540℃下降至325℃;無煙煤粉濃度從0.5kg/kg增加至5kg/kg時(shí)，著火溫度從1200℃下降至800℃。

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