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第五章燃?xì)獾娜紵椒?/p>

在氣體燃料的燃燒中，由于燃料和氧化劑都屬于氣態(tài)，所以這是一種均相燃燒。根據(jù)燃?xì)恻c(diǎn)燃之前有否預(yù)先混合空氣以及混合量的多少（一次空氣系數(shù)的大?。讶?xì)獾娜紵椒ǚ譃槿悾喝細(xì)恻c(diǎn)燃之前預(yù)先混合的空氣與理論空氣量的比值。擴(kuò)散式燃燒（）：點(diǎn)燃之前燃料中不含氧化劑，燃燒所需的氧氣依靠擴(kuò)散從周圍大氣中獲得。（常見的蠟燭的燃燒）1部分預(yù)混式燃燒（）燃?xì)恻c(diǎn)燃之前預(yù)先混合部分空氣，其余的空氣在燃燒過程中從周圍大氣中獲得。完全預(yù)混式燃燒（）燃?xì)恻c(diǎn)燃之前與所需空氣量完全混合好。2動力燃燒和擴(kuò)散燃燒

燃燒所需要的全部時間物理混合時間化學(xué)反應(yīng)所需要的時間依據(jù)反應(yīng)過程中及的相對大小，把化學(xué)反應(yīng)區(qū)分為在動力區(qū)或在擴(kuò)散區(qū)進(jìn)行。若：，此時：

稱燃燒過程在動力區(qū)進(jìn)行。

若：，此時：

稱燃燒過程在擴(kuò)散區(qū)進(jìn)行。3①當(dāng)一次空氣系數(shù)≥1時，即燃料與氧化劑預(yù)先混合均勻且氧氣足量時，屬于動力燃燒，在管口僅有一層火焰前鋒I，稱為動力火焰前鋒。②當(dāng)一次空氣系數(shù)<l時，由于預(yù)混可燃?xì)庵醒趿坎蛔悖诠芸趯⒊霈F(xiàn)雙層火焰前鋒，其中內(nèi)層火焰前鋒I是動力火焰前鋒，外層火焰前鋒Ⅱ是擴(kuò)散火焰前鋒。③當(dāng)一次空氣系數(shù)=0時，在管口將不存在動力火焰前鋒I，而只有一層擴(kuò)散火焰前鋒Ⅱ，燃燒過程就變成了純粹的擴(kuò)散燃燒。4第一節(jié)擴(kuò)散式燃燒根據(jù)燃?xì)饬鲃恿鲬B(tài)分類

層流擴(kuò)散燃燒

紊流擴(kuò)散燃燒依靠分子的擴(kuò)散作用使周圍氧氣進(jìn)入燃燒區(qū)，由于分子的擴(kuò)散進(jìn)行地比較緩慢，因此層流擴(kuò)散燃燒主要在擴(kuò)散區(qū)進(jìn)行，燃燒速度取決于氧的擴(kuò)散速度。燃燒的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行地很快，因此火焰焰面厚度很小。依靠紊流擴(kuò)散作用來獲得燃燒所需要的氧氣，對周圍空氣具有卷吸作用，所以物理混合時間較短，可以認(rèn)為反應(yīng)主要在動力區(qū)進(jìn)行。5（1）火焰面位置

層流擴(kuò)散火焰的焰面位于燃?xì)夂涂諝獾幕旌媳鹊扔诨瘜W(xué)計(jì)量比的那層焰面上，即在焰面上α=1，而不可能大于或小于1。一、層流擴(kuò)散燃燒1、火焰的結(jié)構(gòu)6分析：假如在α＜1的區(qū)域內(nèi)首先著火，那么剩下的未燃燃?xì)鈱⒗^續(xù)向著氧氣擴(kuò)散，與焰外的空氣混合而燃燒，使焰面向α=1的表面移動。假如在α＞1的區(qū)域內(nèi)首先著火，那么多余的氧氣將向著燃?xì)鈹U(kuò)散，與焰內(nèi)的燃?xì)饣旌隙紵?，亦即焰面又移向?1的表面。因此，在燃料側(cè)不存在氧氣，在氧氣側(cè)不存在燃料，火焰前沿表面對氧化劑和燃料都是不可滲透的。在理想情況下，火焰前鋒厚度極薄，可視為以無限薄的幾何面。7

（2）濃度分布在火焰面上，燃料和氧化劑完全反應(yīng)，其濃度為零，而燃燒產(chǎn)物濃度最大，并向兩側(cè)擴(kuò)散。射流軸線上的燃料濃度最大，沿徑向逐漸下降，至火焰前沿面處降為零。環(huán)境處氧氣濃度最大，沿徑向逐漸下降，至火焰面處濃度降為零。

層流擴(kuò)散火焰可分為四個區(qū)，即中心純?nèi)細(xì)鈪^(qū)、外圍純空氣區(qū)、火焰面內(nèi)的燃料和燃燒產(chǎn)物的混合區(qū)、火焰面外的空氣與燃燒產(chǎn)物的混合區(qū)?；鹧娴那把婷媸欠磻?yīng)中心，溫度最高，接近理論燃燒溫度。8（3）焰面形狀焰面形狀為圓錐形

原因：射流的外層燃料較易與周圍的氧氣混合并發(fā)生反應(yīng)，而位于射流軸線附近的燃料要穿過較厚的混合區(qū)才能接觸氧氣。在這段時間內(nèi)，燃料將向前運(yùn)動一定距離，從而將火焰拉長。隨著燃燒地進(jìn)行，純?nèi)細(xì)饬吭絹碓缴?，最后在射流中心線某處完全燃盡，即形成火焰錐尖。火焰長度：噴口之火焰錐間之間的距離稱為火焰長度。92、層流擴(kuò)散火焰的多相過程碳?xì)浠衔镞M(jìn)行擴(kuò)散燃燒時，可能出現(xiàn)兩個不同的區(qū)域：真正的擴(kuò)散火焰，即反應(yīng)區(qū)；光焰區(qū)，即預(yù)熱區(qū)。

10氧氣濃度在反應(yīng)區(qū)的內(nèi)表面將為0；燃?xì)鉂舛仍诜磻?yīng)區(qū)的外表面將為0；氣體溫度在反應(yīng)區(qū)內(nèi)為最高，并由反應(yīng)區(qū)向內(nèi)外兩側(cè)迅速下降；在預(yù)熱區(qū)內(nèi)，溫度較高，而氧濃度為0。預(yù)熱區(qū)處于高溫缺氧狀態(tài)，燃料將產(chǎn)生熱分解反應(yīng)：熱分解是碳?xì)浠衔锩摎溥^程以及C原子的積聚過程。11假定：碳?xì)浠衔锏姆纸鉁囟萾d；則：燃料熱分解的區(qū)域厚度δd

。H2、CO，td=2500～3000℃，熱穩(wěn)定性好。12預(yù)熱區(qū)內(nèi)由于燃料分解，生成大量碳固體顆粒，像霧一樣分散在氣體中。

預(yù)熱區(qū)內(nèi)碳粒的燃燒：擴(kuò)散區(qū)燃燒、呈現(xiàn)出明亮的淡黃色火焰。通常碳粒來不及在高溫區(qū)燒完，隨氣流進(jìn)入火焰尾部低溫區(qū)。此后，碳粒的燃燒有可能完全中斷，未燃盡的碳粒冷卻后便形成炭黑，沉積在爐子的加熱表面或管壁上。層流擴(kuò)散火焰的特點(diǎn)：淡黃色或黃色的火焰、易產(chǎn)生煤煙、碳黑。13在火焰的內(nèi)側(cè)高溫區(qū)：擴(kuò)散區(qū)燃燒，可從內(nèi)部提供足夠多的氧氣。（例如部分預(yù)混式，完全預(yù)混式燃燒）在火焰的外側(cè)低溫區(qū)：動力區(qū)燃燒，外部保溫。如馬燈、煤油燈的玻璃罩，起到防風(fēng)、保溫作用。思考：如何消除層流擴(kuò)散火焰中的煤煙？143、層流擴(kuò)散的長度采用相似關(guān)系來分析層流擴(kuò)散火焰的基本規(guī)律。擴(kuò)散燃燒裝置：管1、管2；同心內(nèi)管A中流動的是燃?xì)猓豢臻gB中流動的是空氣；兩種氣體的流速相等；管道斷面上的濃度分布見圖。假設(shè)L1、L2是火焰的長度，在L1、L2處的燃燒必在中心線上進(jìn)行，因此在該處燃?xì)夂涂諝庵确匣瘜W(xué)計(jì)量比。15燃?xì)馀c空氣之間的擴(kuò)散率（即單位時間從空氣中擴(kuò)散到燃?xì)庵腥サ难鯕饬浚?yīng)當(dāng)與濃度梯度成正比：D—擴(kuò)散系數(shù)F—垂直于擴(kuò)散方向兩股氣流的接觸面積擴(kuò)散率之比為：16在L1、L2距離內(nèi)，兩股氣流接觸表面之比為：兩種情況下，燃?xì)馀c氧氣的初濃度都是相同的，因此，直徑越小，濃度變化越劇烈。亦即濃度梯度與直徑成反比：聯(lián)立可得：

兩種情況下的擴(kuò)散率之比應(yīng)當(dāng)?shù)扔谌細(xì)饬髁恐?，即?7或者：

，故層流擴(kuò)散火焰的長度與燃?xì)饬髁砍烧龋?dāng)流量不變時，火焰長度與氣流速度無關(guān)。與氣體的擴(kuò)散系數(shù)成反比，擴(kuò)散系數(shù)越大，火焰就越短。18二、層流擴(kuò)散火焰向紊流擴(kuò)散火焰的過渡1、紊流擴(kuò)散火焰的結(jié)構(gòu)a、燃?xì)饬髁俊╠=const），Vm↑。

但氧氣向焰面擴(kuò)散的速度基本未變，焰面的收縮點(diǎn)離噴口越來越遠(yuǎn)，火焰長度不斷增加。這時，火焰表面積增加，單位時間內(nèi)燃燒的燃?xì)饬俊、當(dāng)Vm↑→臨界值時，

流動狀態(tài)從層流→紊流→火焰頂點(diǎn)跳動。

19c、隨Vm繼續(xù)↑，

火焰絕大部分均擾動起來，這時擴(kuò)散轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鲾U(kuò)散，混合加劇，燃燒強(qiáng)化→火焰變短。此時，火焰穩(wěn)定性極差，火焰可能發(fā)生間斷，甚至完全脫離噴口；紊流擴(kuò)散火焰中無法區(qū)分焰面和其他部分，混合、預(yù)熱和化學(xué)反應(yīng)在整個火炬中。d、隨著擾動程度的加劇，混合時間↓↓，當(dāng)，燃燒在動力區(qū)進(jìn)行。20從圖中可以看出：在層流區(qū)火焰有著清晰的輪廓，氣流速度增大時火焰長度也逐漸增加。在過渡區(qū)火焰頂部開始擾動并向根部擴(kuò)展。由過渡區(qū)進(jìn)入紊流區(qū)時火焰根部的層流火焰變得很短，火焰總長度反而縮小。在紊流區(qū)火焰長度與氣流速度無關(guān)。212、紊流擴(kuò)散火焰的長度在燃?xì)馕闪髯杂缮淞髦校蓪?shí)驗(yàn)公式，軸線上的燃?xì)鉂舛菴g與射流出口處的原始濃度C1之比為：α—紊流結(jié)構(gòu)系數(shù)；

s—軸向距離；

r—射流噴口的半徑。

射流中各點(diǎn)的燃?xì)鉂舛扰c空氣濃度之和應(yīng)該是一樣的，它等于出口處的濃度和：因此燃?xì)鉂舛扰c空氣濃度之比為：

22在鋒面上燃?xì)?空氣濃度比應(yīng)近似等于化學(xué)計(jì)量比1∶n，故可成立：

聯(lián)立：紊流擴(kuò)散火焰的長度：

可見：當(dāng)燃?xì)夥N類以及噴嘴形式一定時，紊流擴(kuò)散火焰高度只與噴嘴直徑有關(guān)，而與流速無關(guān)。23通過以上分析，可總結(jié)出紊流擴(kuò)散火焰的特點(diǎn)：

a、紊流擴(kuò)散火焰前沿為顫動的，皺褶的、破裂的。因此測定火焰高度很不容易。b、紊流擴(kuò)散火焰前沿厚度較寬，并處于激烈脈動中。c、紊流擴(kuò)散火焰的高度與射流速度無關(guān)，僅僅與噴嘴直徑成正比。24第二節(jié)部分預(yù)混式燃燒擴(kuò)散式燃燒的缺點(diǎn)：容易產(chǎn)生煤煙，燃燒溫度也相當(dāng)?shù)汀?/p>

1855，本生Bensen→本生燈→吸入一部分一次空氣→藍(lán)色火焰（不發(fā)光）→該燃燒方式優(yōu)越于擴(kuò)散式→廣泛應(yīng)用。

燃?xì)庠趶墓芸趪姵鲋?，首先混合一部分燃燒用氧化劑（?<α’<1），燃燒所需的剩余氧氣依靠擴(kuò)散作用從周圍大氣獲得，這種燃燒方式稱為“部分預(yù)混式燃燒”，習(xí)慣上又稱“大氣式燃燒”。部分預(yù)混式燃燒：

家庭用燃?xì)庥镁叽蠖紝儆诖祟?。如燃?xì)庠?、熱水器。日常生活中常見：打火機(jī)、煤油燈。25燃?xì)庠谝欢▔毫ο拢砸欢魉購膰娮炝鞒?，進(jìn)入吸氣收縮管，燃?xì)饪勘旧砟芰课胍淮慰諝?。在引射器?nèi)燃?xì)夂鸵淮慰諝饣旌?，然后?jīng)頭部火孔流出，進(jìn)行燃燒，形成本生火焰。2627根據(jù)氣流噴出速度的不同，部分預(yù)混火焰又可分為層流和紊流。一、部分預(yù)混層流火焰1、本生火焰的結(jié)構(gòu)由內(nèi)錐體和外錐體組成。內(nèi)錐體：

淺藍(lán)色燃燒層→藍(lán)色錐體外錐體：

未燃?xì)怏w→向外按擴(kuò)散方式與空氣混合而燃燒，α’↓，外錐越大。282、藍(lán)色錐體產(chǎn)生的條件

主要取決于一次空氣系數(shù)α’；

α’要達(dá)到這種程度，使燃?xì)狻諝饣旌媳仍谥饾舛壬稀⑾孪拗g。如家用燃?xì)庠?，?dāng)燃?xì)饨M分變化或壓力變化時，可調(diào)節(jié)噴嘴后的擋風(fēng)板以調(diào)節(jié)一次空氣量。若燃?xì)庵械闹亟M分增加過多，或者壓力降低引起噴嘴引射能力下降時，即使擋風(fēng)板完全打開也會產(chǎn)生黃焰。293、點(diǎn)火環(huán)

思考：管道上氣流的速度按拋物線分布，中心大，四周小，管壁處為0?；鹧鏁粫鞯饺紵骼锶ィ坎粫鹧?zhèn)鞑ニ俣仁芄鼙谏岬挠绊?，該處的火焰?zhèn)鞑ニ俣纫驗(yàn)楣鼙谏嵋矞p小了。思考：在焰面任一點(diǎn)上，Sn=Vn，火焰在該點(diǎn)是否能完全穩(wěn)定？不能，只是在火焰面法向上穩(wěn)定，由于存在切向分速度，使質(zhì)點(diǎn)向上移動。30分析根部點(diǎn)火環(huán)的存在：在1—1環(huán)上，S<v；在2—2環(huán)上，S>v。在1-1環(huán)和2-2環(huán)之間，必定存在3-3環(huán)，該環(huán)上S=v，φ=0，沒有切向分速度，焰面穩(wěn)定。就是說，在燃燒器出口的周邊上，存在一個穩(wěn)定的水平焰面，它是空氣-燃?xì)饣旌衔锏狞c(diǎn)火源，又稱點(diǎn)火環(huán)。點(diǎn)火環(huán)使層流大氣火焰根部得以穩(wěn)定。31二、部分預(yù)混層流火焰的穩(wěn)定即分析點(diǎn)火環(huán)的存在條件

1、脫火極限

隨燃?xì)饬髁俊?，氣流速度v↑，使得v=S的點(diǎn)更加靠近管口，點(diǎn)火環(huán)變窄，最后使之消失，火焰脫離燃燒器出口，在一定距離以外燃燒稱為離焰。

離焰：離焰是發(fā)生脫火之前的一個很小的過渡狀態(tài)。32脫火：若氣流速度再增大，火焰被吹熄，稱為脫火。脫火極限：對于某一定組成的燃?xì)狻諝饣旌衔?，在燃燒時必定存在一個火焰穩(wěn)定的氣流速度上限，氣流速度達(dá)到此上限值時便產(chǎn)生脫火現(xiàn)象，該上限稱為“脫火極限”。332、回火極限

回火：若流出燃燒器的燃?xì)饬髁坎粩鄿p小，即氣流速度v↓，蘭色錐體高度↓，最后由于氣流v小于Sn，火焰縮進(jìn)燃燒口，稱為回火。

回火極限：火焰穩(wěn)定的氣流速度下限，氣流速度低于此下限值時，便產(chǎn)生回火現(xiàn)象，該下限稱為回火極限。34脫火、回火絕不允許！事故：不完全燃燒、燃?xì)庑孤O中毒、爆炸（熄滅后形成爆炸性氣體）等。燃?xì)狻諝饣旌衔锏乃俣仍诿摶饦O限和回火極限之間時，火焰才能穩(wěn)定?；鹧娴姆€(wěn)定是由氣流速度和火焰?zhèn)鞑ニ俣裙餐瑳Q定的。

353、部分預(yù)混層流火焰燃燒穩(wěn)定范圍的影響因素（1）、燃?xì)庑再|(zhì)燃?xì)庑再|(zhì)決定火焰?zhèn)鞑ニ俣?。S大時，V回↑，易回火；V脫↑，不易脫火。如含H2高的燃?xì)?，易回火S小時，V回↓，不易回火；V脫↑，不易脫火。如含CH4高的燃?xì)猓酌摶?。例如：焊槍（乙炔），關(guān)閉時有“砰”的響聲，稱為“回火噪聲”。（燃燒管道內(nèi)剩余氣體，體積增大，壓力升高，沖出管口形成爆炸聲）36（2）、混合物的組成（一次空氣系數(shù)的數(shù)值）

α，↑，V脫↓

解釋原因：燃?xì)鉂舛雀邥r，點(diǎn)火源處有較多的燃?xì)庀蛲鈹U(kuò)散，與大氣中擴(kuò)散而來的二次空氣混合而燃燒，能形成一個較有力的點(diǎn)火環(huán)。反之，若混合物中空氣較多，從火孔出來的燃?xì)廨^少，二次空氣將進(jìn)一步稀釋混合物，使點(diǎn)火環(huán)的能力削弱，所以脫火極限也下降。37V回曲線為倒U型，為什么？

回火極限主要取決于火焰?zhèn)鞑ニ俣?，回火極限隨混合物組成的變化情況與火焰?zhèn)鞑ニ俣惹€相似。在其他條件相同時，火焰?zhèn)鞑ニ俣仍酱?，回火極限速度也越大，越容易回火。光焰區(qū)：當(dāng)α’<0.4，對于含CmHn化合物多的燃?xì)狻諝饣旌衔飼霈F(xiàn)光焰區(qū)，由燃料的熱裂解引起。光焰區(qū)還與燃?xì)獾男再|(zhì)和噴嘴的直徑有關(guān)。噴口直徑越大，越易出現(xiàn)黃焰。

38（3）燃燒器火孔孔徑d↑，散熱↓，Sn↑V脫↑→不易脫火d↑，散熱↓，Sn↑

V回↑→易回火為了防止回火，最好采用小直徑的燃燒孔。當(dāng)小于臨界直徑，就不會發(fā)生回火。對于易發(fā)生脫火的燃?xì)?，?yīng)采用大噴嘴；如含CH4、碳?xì)浠衔锔叩娜細(xì)鈱τ谳^易發(fā)生回火的燃?xì)?，?yīng)采用小噴嘴。如含H2、CO高的燃?xì)狻?9（4）周圍環(huán)境的影響

若空氣被惰性氣體沖淡：S↓，V脫↓，脫火傾向性↑；V回↓，回火傾向性↓

四個區(qū)：脫火區(qū)、回火區(qū)、光焰區(qū)、穩(wěn)定燃燒區(qū)。在設(shè)計(jì)燃燒器時應(yīng)使燃燒器的工作點(diǎn)位于穩(wěn)定燃燒區(qū)內(nèi)。跟據(jù)此圖對于一定的燃?xì)?，確定一次空氣系數(shù)、火孔直徑以及混合物的速度，以保證燃具的穩(wěn)定燃燒。404、周邊速度梯度理論

燃燒器出口以內(nèi)的情況（1）燃燒器出口以內(nèi)的情況直線1與曲線S相割，說明某些區(qū)域的火焰?zhèn)鞑ニ俣却笥跉饬魉俣?，會產(chǎn)生回火直線2與曲線S相切，這是產(chǎn)生回火的極限位置。直線3上任一點(diǎn)的氣流速度都大于火焰?zhèn)鞑ニ俣?，因此火焰面將穩(wěn)定在燃燒器出口以上，即不會發(fā)生回火。

粗線表示火焰?zhèn)鞑ニ俣茸兓€，細(xì)線表示周邊氣流速度變化曲線。

41（2）燃燒器出口以上的情況42對于直線2和曲線A：不會發(fā)生回火，存在點(diǎn)火環(huán)，因而不會發(fā)生脫火，所以焰面穩(wěn)定；是不發(fā)生回火的極限位置；對應(yīng)火焰的位置A。當(dāng)提高周邊速度使速度曲線成為直線3：

火焰底部被向上推離→a、火孔壁面對火焰底部的冷卻作用減弱；b、氣流邊界層可燃混合物與空氣的相互擴(kuò)散增強(qiáng)，使邊界層附近的可燃混合物的一次空氣系數(shù)增加→燃燒速度增大，燃燒速度曲線移動到B→因?yàn)锽與直線3相切，所以焰面能在（c）的位置B重新穩(wěn)定。

43當(dāng)提高周邊速度使速度曲線成為直線4：由于壁面冷卻作用進(jìn)一步減弱和稀釋作用的有利影響，焰面底部在圖5（c）的位置C重新穩(wěn)定。

當(dāng)提高周邊速度使速度曲線成為直線5：火焰進(jìn)一步被推離火孔→氣流邊界層附近的可燃混合物被空氣過分稀釋，導(dǎo)致該處的燃燒速度下降→使燃燒速度曲線C向右回移到曲線D→不存在切點(diǎn)和點(diǎn)火環(huán)→火焰就被無限制推離火孔，產(chǎn)生脫火。

直線4與曲線C的切點(diǎn)所代表的工況，即為防止脫火的極限工況。44

從以上分析可以認(rèn)為，脫火和回火的極限取決于靠近氣流周邊處的氣流速度線的斜率，即取決于周邊速度梯度。以層流為例，管道中任一點(diǎn)的氣流速度可寫成：故：

L：流量45當(dāng)周邊速度梯度減小至小于位置2時，會發(fā)生回火，2稱為回火極限速度梯度；當(dāng)周邊速度梯度增大至大于位置4時，會發(fā)生脫火，4稱為脫火極限速度梯度。脫（回）火極限速度梯度確定：通過實(shí)驗(yàn)測定

實(shí)驗(yàn)一：一定組成的燃?xì)猓捎靡欢ㄖ睆降膰娮?。通過調(diào)節(jié)流速，得到回火極限狀態(tài)，從而得到回火、脫火極限速度梯度。

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實(shí)驗(yàn)二：一定組成的燃?xì)?，采用不同直徑的噴嘴。得到不同噴嘴直徑下的脫（回）火極限速度梯度相同。

根據(jù)這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，周邊速度梯度理論認(rèn)為：回火、脫火極限速度梯度是可燃混合物本身的特性。

即對于一定組成的燃?xì)猓海?7脫（回）火極限流量與R3成正比，當(dāng)直徑增大時，回火極限流量也增加。脫（回）火極限流速與R成正比，直徑越大，回火極限速度也越大。極限流量、極限流速不是可燃混合物的特性參數(shù)。4849二、部分預(yù)混式紊流火焰

部分預(yù)混式層流燃燒只適用于小型加熱設(shè)備。工業(yè)窯爐需要很大的燃燒熱強(qiáng)度，只有采用紊流燃燒才能達(dá)到。

紊流預(yù)混火焰的結(jié)構(gòu):

紊流火焰比層流火焰明顯縮短，且頂部較圓，焰面由光滑變?yōu)榘櫱?，火焰厚度增加，火焰總表面積也大大增加，因而燃燒也得到強(qiáng)化。紊流火焰焰核：未著火混合物冷區(qū)；焰面：著火與燃燒區(qū)，約

90％的燃?xì)庠诖巳紵?；燃盡區(qū)：全部燃燒過程在此最后完成，該區(qū)的邊界人眼看不到。50第三節(jié)完全預(yù)混式燃燒完全預(yù)混式燃燒：在燃燒之前燃?xì)馀c空氣實(shí)現(xiàn)全部預(yù)混，即

燃?xì)?空氣混合物到達(dá)燃燒區(qū)后能在瞬間燃燒完畢，火焰很短甚至看不見，所以又稱無焰燃燒。

一、完全預(yù)混式燃燒的特點(diǎn)

1、燃燒完全，化學(xué)不完全燃燒較少；

2、過?？諝馍?，當(dāng)用于工業(yè)爐直接加熱工件時，不會引起工件過分氧化。51

3、燃燒溫度高，熱強(qiáng)度大，容易滿足高溫工藝的要求。

4、存在穩(wěn)定性問題，在燃燒器設(shè)計(jì)時既要防回火，又要防脫火。

二、完全預(yù)混式燃燒器的分類在噴嘴后面緊接一個火道（由耐溫材料制成的通道）。混合均勻的燃?xì)?空氣混合物經(jīng)噴頭進(jìn)入火道，在熾熱的火道壁面和高溫回流煙氣的穩(wěn)焰作用下進(jìn)行燃燒。1、有火道頭部燃燒器52（1）火道作用：強(qiáng)化燃燒，穩(wěn)定火焰，防止火焰發(fā)生脫火。

工作原理：混合物進(jìn)入火道時，流通斷面突然擴(kuò)大，由于引射作用，在火焰的根部吸入熾熱的煙氣，形成煙氣回流區(qū)?；亓鳠煔獠粌H將混合物加熱，同時也是一個穩(wěn)定的點(diǎn)火源。火道是使燃燒穩(wěn)定、防止脫火的重要部件。53（2）噴頭噴頭是保證燃燒室工作穩(wěn)定，防止回火的重要部件。采用水冷、空氣冷噴頭，以減少噴頭出口處可燃混合物的溫度，從而減少回火的可能性。噴頭常做成漸縮形，且內(nèi)壁加工光滑，從而使噴口混合氣體的速度場達(dá)到均勻分布。542、紅外線輻射器紅外線輻射器是一種低壓引射式完全預(yù)混燃燒器。燃燒所需要的空氣完全依靠低壓燃?xì)獾哪芰课?，并進(jìn)行全部預(yù)混，過?？諝庀禂?shù)為1.03~1.06。55燃燒器頭部由若干塊多孔陶瓷板組成，每個孔就相當(dāng)于一個火道，當(dāng)孔徑小于臨界孔徑時，火焰就不會回入孔眼以內(nèi)去，燃燒實(shí)際上是在接近陶瓷板外表面附近進(jìn)行。點(diǎn)火后40~50s，板面溫度可達(dá)到800~900度，向外輻射紅外線。56頭部除采用多孔陶瓷板外，還可采用數(shù)層金屬網(wǎng)或二者的組合形式:573、無火道頭部燃燒器58第四節(jié)

火焰的穩(wěn)定火焰的穩(wěn)定燃燒：指火焰在燃燒過程中，既不發(fā)生回火，又不發(fā)生脫火，火焰穩(wěn)定在某一位置穩(wěn)定燃燒。一、不同燃燒火焰的穩(wěn)定特性1、擴(kuò)散火焰只存在脫火現(xiàn)象而無回火現(xiàn)象；在層流和流速不是很大的紊流中，一般也不會發(fā)生脫火；在高速紊流氣流中，可發(fā)生脫火。592、預(yù)混火焰層流時一般可以穩(wěn)定燃燒，一旦進(jìn)入紊流，往往會發(fā)生脫火現(xiàn)象。既存在脫火現(xiàn)象，又存在回火現(xiàn)象，有一個穩(wěn)定燃燒的范圍。3、完全預(yù)混式火焰既存在脫火現(xiàn)象，又存在回火現(xiàn)象（火焰?zhèn)鞑ニ俣群艽?，更易回火）?0二、防止火焰吹脫的措施在高速氣流中，因?yàn)椴荒茏孕械匦纬芍瓠h(huán)（自動補(bǔ)償?shù)狞c(diǎn)火源），火焰不穩(wěn)定性可以用人為方法產(chǎn)生自償點(diǎn)火源來解決。因此在高速氣流中保證火焰穩(wěn)定的問題，可以歸結(jié)為如何在氣流中人為的形成自償點(diǎn)火源的問題。61一般來說，利用氣流繞流過障礙物（通常所用的都是所謂的“鈍體”，即不良流線體）在其后形成環(huán)流和低流速區(qū)以使火焰穩(wěn)定的方法和原理是高速氣流中使用得最為普遍的穩(wěn)定火焰的措施。在工程中常采用下列方法：鈍體、旋轉(zhuǎn)氣流、逆向噴流、燃燒室壁凹槽、帶孔圓筒、網(wǎng)孔等來防止脫火吹熄，實(shí)現(xiàn)高速氣流中火焰的穩(wěn)定。621、利用鈍體穩(wěn)定火焰鈍體即不良流線體，通常是做成圓盤形、v形槽圓環(huán)、圓錐形等形狀。63原理：當(dāng)高速氣流流過鈍體時，由于氣體的粘性，將鈍體后面的靜止氣體帶向下游，從而降低了鈍體后面的氣體靜壓，在靜壓差的作用下，部分下游氣體將產(chǎn)生回流流動，從而在鈍體后面形成一凹流區(qū)。如將各截面氣流軸向速度為零的各點(diǎn)相連即可得到回流區(qū)邊界線，在邊界線以外為順流區(qū)，在邊界線以內(nèi)則為回流區(qū)。由于回流的是高溫燃燒產(chǎn)物，它可以起一個自動連續(xù)點(diǎn)火源的作用，從而使新鮮可燃混合物不斷地被點(diǎn)燃，滿足了前述的火焰穩(wěn)定的必要條件。在回流邊界線附近存在的低流速區(qū)也為火焰的穩(wěn)定創(chuàng)造了良好的條件。這種火焰穩(wěn)定方法常用于航空燃?xì)廨啓C(jī)加壓燃燒室中，近年來亦應(yīng)用于煤粉燃燒器。6465影響鈍體火焰溫度范圍的主要因素：鈍體的形狀與尺寸，預(yù)混可燃物的流速、溫度、壓力以及可燃混合物的成分等。鈍體的形狀與尺寸對回流區(qū)的寬度與長度都有很大影響，例如增大鈍體直徑可增大回流區(qū)的寬度與長度，并增強(qiáng)了回流強(qiáng)度，這些都有利于增加點(diǎn)火源能量，故可擴(kuò)大火焰穩(wěn)定范圍。增加可燃混合物的壓力、溫度亦可擴(kuò)大火焰穩(wěn)定范圍，但提高流速時火焰的穩(wěn)定范圍將縮小。662、利用旋轉(zhuǎn)射流穩(wěn)定火焰當(dāng)氣流流入旋轉(zhuǎn)器時，由于旋轉(zhuǎn)葉片的導(dǎo)向作用，使氣流在流出旋轉(zhuǎn)器時不僅具有軸向分速，而且還具有切向分速度，從而形成旋轉(zhuǎn)射流。利用旋轉(zhuǎn)射流穩(wěn)定火焰有兩種典型情況：67受限旋轉(zhuǎn)射流

當(dāng)旋轉(zhuǎn)射流流入圓筒形的燃燒室時，由于圓筒壁面的約束，氣流將作螺旋形運(yùn)動。在離心力和旋轉(zhuǎn)射流的卷吸作用下，使燃燒室前部中心處氣體靜壓下降，在靜壓差的作用下產(chǎn)生回流流動。

68自由旋轉(zhuǎn)射流

射流流入不受壁面約束的自由空間（相當(dāng)于流入爐膛很大的情況），這時氣流將沿旋流器的氣流方向作慣性運(yùn)動，而形成放射性的空心圓錐形射流。693、利用壁面凹槽穩(wěn)定火焰穩(wěn)定火焰除了用鈍體的方法外，還有其它的一些辦法。例如用偏轉(zhuǎn)射流（突然轉(zhuǎn)彎）、用壁面凹槽、用突然擴(kuò)張等都可以穩(wěn)定火焰。704、帶孔圓筒穩(wěn)定火焰氣流從一排