在燃燒技術(shù)中，燃?xì)馊紵^(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的物理、化學(xué)過(guò)程。就其過(guò)程進(jìn)展條件不同，可分為動(dòng)力燃燒和擴(kuò)散燃燒，前者為燃?xì)夂涂諝忸A(yù)先充分、均勻混合，然后送入燃燒室進(jìn)行燃燒；后者為燃?xì)夂涂諝夥謩e送入燃燒裝置，在燃燒室內(nèi)一邊混合，一邊進(jìn)行燃燒，由于燃燒速度較慢，一般有明顯的火焰，也稱為有焰燃燒。
對(duì)于有焰燃燒，燃?xì)夂涂諝饣旌系奈锢磉^(guò)程，是決定燃燒特性的重要因素。如，火焰長(zhǎng)度、寬度及它的溫度分布等等。所以，研究燃燒過(guò)程，必須討論與燃燒化學(xué)反應(yīng)密切相關(guān)的物理過(guò)程。
從燃燒器噴嘴噴出的燃?xì)饬骰蛉粴狻⒖諝饣旌狭鳎际且还缮涑隽黧w，簡(jiǎn)稱為射流。射流分為各種類型。按射流方式可分為直流射流、旋轉(zhuǎn)射流；按出流方向可分為平行射流、環(huán)狀同心射流、相交射流；按流動(dòng)狀態(tài)可分為層流射流、紊流射流等等。
本章屬燃燒空氣動(dòng)力學(xué)內(nèi)容，介紹氣流混合的基本概念和自由射流、相交氣流。
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當(dāng)氣流由管嘴或孔口噴射到充滿靜止或速度非常小介質(zhì)的無(wú)限空間時(shí)，所形成的氣流，稱為自由射流。自由射流中，氣流混合的實(shí)質(zhì)是噴出氣體與周圍介質(zhì)進(jìn)行的動(dòng)量和質(zhì)量的交換。按射出流體與環(huán)境介質(zhì)的溫度和密度，可分為等溫自由射流和非等溫自由射流；按流動(dòng)狀態(tài)不同，自由射流又可分為層流自由射流和紊流自由射流等。
一、層流自由射流
當(dāng)噴嘴口徑較小，噴出流量也較低，噴出流體的Re數(shù)在臨界值以下時(shí)，形成層流自由射流。
某種燃?xì)鈴娜紵鲊娮煲再|(zhì)量流量qm、速度v0、溫度T0、密度ρ0、濃度C0噴出，其前進(jìn)方向與x軸方向相同，并且初速度v0在噴嘴出口處呈均勻分布。
在射流進(jìn)入空間后，因與周圍介質(zhì)有速度差，且有粘性，產(chǎn)生層流混合邊界層，引起射流和周圍介質(zhì)的質(zhì)量、動(dòng)量交換，使介質(zhì)分子也跟隨射流運(yùn)動(dòng)，即被射流卷吸，使射流流量逐漸增加，射流流場(chǎng)不斷加寬；而射流斷面上的平均速度卻逐漸下降。圖3—3—1為等溫層流自由射流流場(chǎng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中，OB、OC為射流外部邊界，是射流與周圍靜止介質(zhì)的交界面。在此，射流的軸向速度為零：外部邊界的交點(diǎn)為極點(diǎn)O；夾角α1為射流張角；AD、ED是射流內(nèi)部邊界，為射流核心的邊界；內(nèi)外邊界之間，則為層流混合區(qū)，即邊界層。AED區(qū)域，保持出口的T0、C0等參數(shù)，且軸心速度保持v0，稱為射流核心區(qū)。D點(diǎn)所在的FDG截面為過(guò)渡截面。∠ADE(α2)為射流核心收縮角。從出口到過(guò)渡截面為初始段。過(guò)渡截
面FDG上的軸心速度vm=v0后，射流沿程各截面速度分布開(kāi)始不斷變化，直到呈相似速度分布。過(guò)渡截面FDG之后，則為基本段。對(duì)于周圍介質(zhì)的溫度和密度與噴出氣流不同的非等溫自由射流，水平出流時(shí)由于重力差使流場(chǎng)發(fā)生彎曲，如圖3—2—2，熱射流水平出流至冷介質(zhì)時(shí)，射流軸線往上彎曲；而對(duì)冷射流出流，則軸線下彎。
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圖3-3-2 非等溫層流自由射流
如果射流垂直向上射出，那么重力差只是稍微改變射流的張角及核心收縮角，并不使截面上速度分布和軸線變形。噴出氣流密度小于周圍介質(zhì)的密度，則張角及收縮角減小；反之，則角度增大。
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