邊界層燃燒是指燃料在邊界層中進行的燃燒。流體在大雷諾數下作繞流流動時，在離固體壁面較遠處，粘性力比慣性力小得多，可以忽略；但在固體壁面附近的薄層中,粘性力的影響則不能忽略,沿壁面法線方向存在相當大的速度梯度，這一薄層叫做邊界層。
基本介紹
- 中文名：邊界層燃燒
- 外文名：boundarylayer combustion
- 基本釋義：燃料在邊界層中進行的燃燒
- 基本概念：邊界層、燃燒
- 領域：能源利用
- 學科：化學
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基本概念
邊界層
流體在大雷諾數下作繞流流動時，在離固體壁面較遠處，粘性力比慣性力小得多，可以忽略；但在固體壁面附近的薄層中,粘性力的影響則不能忽略,沿壁面法線方向存在相當大的速度梯度，這一薄層叫做邊界層。流體的雷諾數越大，邊界層越薄。從邊界層內的流動過渡到外部流動是漸變的，所以邊界層的厚度δ通常定義為從物面到約等於99%的外部流動速度處的垂直距離，它隨著離物體前緣的距離增加而增大。根據雷諾數的大小，邊界層內的流動有層流與湍流兩種形態。一般上游為層流邊界層，下游從某處以後轉變為湍流，且邊界層急劇增厚。層流和湍流之間有一過渡區。當所繞流的物體被加熱（或冷卻）或高速氣流掠過物體時，在鄰近物面的薄層區域有很大的溫度梯度，這一薄層稱為熱邊界層。
燃燒
燃燒，俗稱著火，系指可燃物與氧化劑作用發生的放熱反應，通常伴有火焰、發光和發煙現象。燃燒具有三個特徵，即化學反應、放熱和發光。燃燒是劇烈的發光發熱氧化還原反應，化學鍵的斷裂釋放出鍵能，能量一部分表現為發熱，一部分表現為產生光子，就構成燃燒的表面特徵。物質燃燒過程的發生和發展，必須具備以下三個必要條件，即：可燃物、氧化劑和溫度（引火源）。只有這三個條件同時具備，才可能發生燃燒現象，無論缺少哪一個條件，燃燒都不能發生。例如生火爐，只有具備了木材（可燃物），空氣（助燃物），火柴（火源）三個條件，才能使火爐點燃。但是，並不是上述三個條件同時存在，就一定會發生燃燒現象，還必須這三個因素相互作用才能發生燃燒。
固液混合火箭
混合推進的概念自從20世紀30年代提出之後，混合火箭發動機的燃燒問題就始終占據著重要的地位。為了深入了解混合燃燒的機理，在1963年由Marxman 等提出了基於邊界層燃燒的對流傳熱控制模型，該模型假定燃燒發生在固體燃料升華表面上的邊界層中的一個相對薄的火焰層中。在馬赫數較小時，該邊界層是同時有蒸發和氣相燃燒的層流邊界層。由於固液混合火箭發動機的特殊性，它的燃燒主要發生在邊界層中，因此利用邊界層理論計算固液混合火箭發動機的燃燒問題十分必要。
文獻針對固液混合火箭發動機典型的邊界層燃燒理論,用邊界層的方法對固液混合火箭發動機燃燒進行了計算,計算採用二維軸對稱的層流邊界層方程,化學模型採用有限速率模型.計算考慮了不同氧化劑流率,不同吹入參數的多種情況,得到了固體混合發動機邊界層的溫度場分布,並利用計算結果,擬合了固體燃料的燃速公式,與相關文獻的比較說明計算正確,結果符合燃燒機理和流動規律,為進一步研究固液混合火箭發動機的燃燒問題打下了基礎.
在同樣的氧化劑流率的情況下，隨著吹入參數的不斷增加，火焰層在邊界層中的位置不斷遠離固體燃料的表面，這是由於吹入參數值增大，氣化燃料向外擴散加快，和氧化劑反應的位置就會離氣化表面遠，這使火焰層遠離固體燃料表面。氧化劑的濃度在固體燃料表面為0，在中心流區為1，燃料的濃度與之相反，這就說明二者進行反應只能在邊界層中的某個位置。
柴油機
柴油機缸內壁面熱邊界層影響著缸內燃氣與壁面之間的傳熱，缸內壁面熱邊界層的研究對於深入了解缸內傳熱機理，發展缸內傳熱研究有著重要的意義。火焰輻射作為缸內熱量交換的一種比較重要的方式有必要對其進行研究。研製開發測量缸內近壁面火焰溫度的感測器，為進一步研究缸內燃燒火焰對壁面熱邊界層的形成及壁面熱邊界層中傳熱的影響奠定基礎。
文獻為了研究柴油機缸內燃燒火焰對壁面熱邊界層的影響,根據光學原理,研製開發了貫穿式火焰溫度感測器,這種感測器是一種可以移動地測量缸內沿壁面法線方向任一位置處火焰溫度的感測器，可以迅速方便地測出氣缸內近壁面的溫度梯度。試驗及分析表明:貫穿式光纖感測器可以移動地測量缸內沿壁面法線方向任一位置處的火焰溫度,較好地用於研究柴油機氣缸內燃燒火焰對缸內壁面熱邊界層的影響.
氣體渦輪機
現有技術中的渦輪機和發電機利用邊界層效應來發電，根據Tesla的教導的現有技術的渦輪機和發電機未能利用Tesla設計的簡單性來產生最大化的動力輸出。
發明專利公開了一種環形邊界層氣體渦輪機，這種設備包括燃燒環形室以及出口，所述燃燒環形室用於在其中接收燃燒引起的離心力以使得位於其中的流體連續燃燒，所述出口用於來自所述燃燒環形室的排放物。通過使得空氣和燃料以相切方向進入燃燒室，由於施加在圍繞燃燒室旋轉的燃料和空氣上的離心力的作用，燃料的燃燒能夠遏制在燃燒室的外周邊周圍。離心力保證了在被排放以進行燃料的最優利用之前，燃燒產物在克服來自圓盤組件的離心力和向外壓力之前基本上完全反應。
