1、非預(yù)混火焰提 綱:9.2 層流擴(kuò)散火焰結(jié)構(gòu)9.3 湍流擴(kuò)散火焰9.1 火焰分類第一節(jié) 火焰分類一 預(yù)混燃燒與非預(yù)混燃燒概念預(yù)混燃燒：在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)之前，反應(yīng)物已經(jīng)均勻地混合,預(yù)混射流（燃料和空氣混合物）直接形成的火焰。擴(kuò)散火焰非預(yù)混燃燒：在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)之前，燃料和氧化劑是分開的，依靠分子擴(kuò)散和整體對(duì)流運(yùn)動(dòng)（湍流擴(kuò)散）使反應(yīng)物分子在某一個(gè)區(qū)域混合，接著進(jìn)行燃燒反應(yīng)。非預(yù)混火焰燃燒燃料所需的時(shí)間： 燃料與空氣混合時(shí)間 燃燒反應(yīng)時(shí)間 燃燒的快慢既與化學(xué)動(dòng)力因素有關(guān)，也與混合過程有關(guān)。 動(dòng)力擴(kuò)散燃燒:流動(dòng)特征時(shí)間 化學(xué)反應(yīng)時(shí)間 動(dòng)力燃燒:混合過程進(jìn)行很快,燃燒的快慢主要取決于化學(xué)反應(yīng)速度（或化學(xué)動(dòng)力因

2、素），而與混合過程關(guān)系不大?；瘜W(xué)反應(yīng)進(jìn)行很快，燃燒的快慢主要取決于混合速度，而與化學(xué)反應(yīng)速度關(guān)系不大。 擴(kuò)散燃燒:本生燈:總空氣消耗系數(shù):由出口引射所得的二次空氣量a. ，燃燒所需空氣全部由外界環(huán)境通過引射提供，非預(yù)混燃燒。b. ，從本生燈的底部供入的空氣充足，預(yù)混燃燒。c. ，燃燒既有一次空氣混合物的預(yù)混燃燒，也有剩余燃料的非預(yù)混燃燒。 從底部進(jìn)入的空氣稱為一次空氣量一次空氣消耗系數(shù) :二次空氣消耗系數(shù) :非預(yù)混火焰(a) 表示當(dāng)管中混氣為貧油時(shí)的動(dòng)力火焰。由于混氣已有足夠氧氣，不需要在從外界獲取氧氣，因而火焰光滑。隨著 的加大，火焰變長。 (b) 表示化學(xué)恰當(dāng)比下的動(dòng)力火焰。因?yàn)榇藭r(shí)溫度高

3、，火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤?，因此火焰高度最短?(c) 的富油燃燒。由于混氣燃料多而氧氣少，因此有剩余燃料。此時(shí)出現(xiàn)兩個(gè)火焰鋒面，內(nèi)焰大致相當(dāng)于 的動(dòng)力型火焰，外焰面為剩余燃料經(jīng)擴(kuò)散獲得外界氧氣稱為擴(kuò)散火焰。內(nèi)焰溫度較高，外焰較低。 (d) 為管中供應(yīng)的為純油氣的情況。它所需的氧氣全部從外界獲得，因此為純擴(kuò)散燃燒，其火焰也最長。 非預(yù)混火焰層流非預(yù)混火焰湍流非預(yù)混火焰質(zhì)量擴(kuò)散以分子擴(kuò)散的方式實(shí)現(xiàn)質(zhì)量擴(kuò)散以氣團(tuán)擴(kuò)散的方式實(shí)現(xiàn)非預(yù)混燃燒整個(gè)燃燒過程與混合過程密切相關(guān)。流動(dòng)速度，流動(dòng)狀態(tài)和混合方式等起決定性作用。強(qiáng)化非預(yù)混燃燒的有效措施是加強(qiáng)混合過程，改善摻混條件。非預(yù)混火焰非預(yù)混火焰不產(chǎn)生回火，但溫度低非預(yù)

4、混燃燒容易產(chǎn)生碳?xì)浠衔锏臒岱纸馊斯っ簹鈹U(kuò)散火焰人工煤氣預(yù)混火焰非預(yù)混火焰非預(yù)混火焰的特點(diǎn)提 綱:9.2 層流擴(kuò)散火焰結(jié)構(gòu)9.3 湍流擴(kuò)散火焰9.1 火焰分類非預(yù)混火焰第二節(jié) 層流擴(kuò)散火焰結(jié)構(gòu)圖9.1 受限層流氣體擴(kuò)散火焰燃料量超過化學(xué)計(jì)量值（即燃料過量），火焰向外壁蔓延。過通風(fēng)火焰氧化劑流量超過燃料燃燒所需的化學(xué)恰當(dāng)量（即總氧化劑過量），火焰靠近圓柱管的中心線上。欠通風(fēng)火焰非預(yù)混火焰化學(xué)反應(yīng)時(shí)間 流動(dòng)特征時(shí)間 遠(yuǎn)小于火焰結(jié)構(gòu)由反應(yīng)物和能量的分子擴(kuò)散決定（即擴(kuò)散過程是最慢的、控制反應(yīng)速度的過程），火焰可以從分開燃料和氧化劑的表面取一個(gè)薄層來模擬.火焰面處燃料和氧化劑的質(zhì)量擴(kuò)散流率為化學(xué)恰當(dāng)比。

5、因?yàn)樗匀剂虾脱趸瘎舛仍诨鹧婷嫔蠟榱恪７穷A(yù)混火焰焰面外側(cè)：空氣燃燒產(chǎn)物焰面內(nèi)側(cè)：燃料燃燒產(chǎn)物焰面：燃料與空氣的理論濃度為零層流流動(dòng)時(shí)，混合是以分子擴(kuò)散的形式進(jìn)行的，在兩股對(duì)流交界面上，燃料向空氣射流擴(kuò)散，空氣向燃料射流擴(kuò)散，在=1.0處形成火焰峰面。在火焰峰面，燃料濃度和O2濃度均為零，燃燒產(chǎn)物濃度達(dá)到最大值，然后向兩側(cè)擴(kuò)散。空氣燃料空氣非預(yù)混火焰層流擴(kuò)散火焰的溫度和各組分濃度的分布規(guī)律(1)層流火焰的外形只取決于分子擴(kuò)散速度，與化學(xué)反應(yīng)速度無關(guān)。(2)在火焰鋒面上，=1.0。非預(yù)混火焰提 綱:9.2 層流擴(kuò)散火焰結(jié)構(gòu)9.3 湍流擴(kuò)散火焰9.1 火焰分類非預(yù)混火焰第三節(jié) 湍流擴(kuò)散火焰隨射流速

6、度增加，火焰高度增加，直到某一最大值，此時(shí)火焰仍保持層流。再增大射流速度，火焰頂部開始出現(xiàn)顫動(dòng)、皺折、破裂，表明出現(xiàn)局部湍流。由于湍流影響，湍流擴(kuò)散混合加快，燃燒速度增加，使火焰高度縮短。如果過分增加射流速度，火焰會(huì)脫離噴口直至吹熄。1繼續(xù)增加射流速度，火焰端部的湍流區(qū)長度增加，開始顫動(dòng)、皺折、破裂的點(diǎn)（轉(zhuǎn)變點(diǎn)）向噴口方向移動(dòng)，火焰的總高度則明顯縮短，直到破裂點(diǎn)靠近噴口。此時(shí)火焰達(dá)到完全湍流狀態(tài)，此后破裂點(diǎn)位置不變（或與管口距離略有縮短）、火焰高度趨于定值。但噪音增加在射流速度較低時(shí)，火焰保持層流狀態(tài)，火焰前沿面光滑、穩(wěn)定、明亮、清晰。2(1)層流擴(kuò)散火焰區(qū)：火焰高度(長度)與氣流速度成正比，

7、（流速增加，擴(kuò)散系數(shù)變化不大，隨著流速上升，火焰長度增加）。(2)擴(kuò)散火焰過渡區(qū)：火焰高度(長度)隨氣流速度的增大而減小，噴嘴附近為層流火焰，上部為湍流火焰。氣流速度越大，層流火焰長度越短。(3)湍流擴(kuò)散火焰區(qū)：氣流速度大于臨界速度后，氣流離開噴口便呈湍流狀態(tài)，火焰長度不隨氣流速度而變化（流速增加，擴(kuò)散系數(shù)相應(yīng)增加，火焰長度變化不大，但是火焰有折皺和噪音）。擴(kuò)散燃燒火焰長度的變化規(guī)律湍流擴(kuò)散火焰的穩(wěn)定性：火焰既不被吹跑(或叫脫火，吹熄)，也不產(chǎn)生回火，而始終“懸掛”在管口的情況。當(dāng)氣流速度過大，擴(kuò)散火焰將被吹熄。 擴(kuò)散火焰不產(chǎn)生回火擴(kuò)散火焰溫度低，易產(chǎn)生碳?xì)浠衔锏臒岱纸?人工煤氣擴(kuò)散火焰人工

8、煤氣預(yù)混火焰非預(yù)混火焰火焰高度Q 體積流量Dm 擴(kuò)散系數(shù)層流紊流非預(yù)混火焰1）初始射流動(dòng)量通量與作用在火焰上的力之比， 即火焰弗盧德數(shù)（Froude number）Frf；2）化學(xué)恰當(dāng)燃料質(zhì)量百分?jǐn)?shù)3）噴管內(nèi)流體密度與環(huán)境氣體密度之比4）初始射流直徑湍流擴(kuò)散火焰估算火焰長度和半徑的經(jīng)驗(yàn)公式。對(duì)于燃料自由射流所產(chǎn)生的垂直火焰取決于以下4個(gè)因素：非預(yù)混火焰直徑火焰弗盧德數(shù)定義如下：（9-10）式中：是燃燒特征溫度，綜合為一個(gè)參數(shù)，即動(dòng)量直徑：（9-11）是出口流速將噴管內(nèi)流體密度與環(huán)境氣體密度之比與初始射流非預(yù)混火焰或在浮力起主要作用區(qū)，無因次火焰長度的經(jīng)驗(yàn)公式為：在動(dòng)量起主要作用區(qū)，無因次火焰長

9、度的經(jīng)驗(yàn)公式為：無因次火焰長度的經(jīng)驗(yàn)公式：（9-12）（9-13）（9-14）（9-15）非預(yù)混火焰例9.1 已知：一丙烷射流火焰的出口直徑為6.17mm，丙烷的為算該射流火焰的長度。 質(zhì)量流量為，射流出口處的丙烷密度，環(huán)境壓力為1atm，溫度300K。試估采用Delichatsios關(guān)系式來估算該射流火焰的長度，Delichatsios關(guān)系式具體表示如下 由此可見，要求火焰長度，必須先求出Froude數(shù) 非預(yù)混火焰的表達(dá)式如下由已知可得（查附表C.1）（查附表B.1）非預(yù)混火焰現(xiàn)在可求出Froude數(shù)時(shí)轉(zhuǎn)換成實(shí)際火焰長度。無量綱出口直徑為，無量綱火焰長度因此實(shí)際火焰長度為非預(yù)混火焰例9.2假

10、設(shè)有一甲烷射流火焰，其釋熱速率與出口直徑和只要求出了甲烷射流的質(zhì)量流量，我們就可以用例9.1的方法來求該甲烷射流火焰長度。根據(jù)兩射流火焰的釋熱量相等可得 例9.1的丙烷射流火焰一樣，出口處甲烷密度為，試確定該甲烷射流長度，并和例9.1中的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較。解（使用燃料的低熱值） 仿照例9.1，先求出下列各量（查附表C.1）（查附表B.1）由Delichatsios關(guān)系式可得=或者寫成兩火焰長度比較可見，甲烷射流火焰比丙烷射流火焰短大約12%。 非預(yù)混火焰甲烷射流火焰的長度比丙烷小的原因：首先，出口動(dòng)量對(duì)甲烷射流火焰長度的影響較大，這使得甲烷射流火焰的無量綱長度比丙烷的長。但是，甲烷出口密度很小

11、使得動(dòng)量直徑顯著變小，這個(gè)較小的動(dòng)量直徑是使得甲烷火焰長度變小的關(guān)鍵因素（雖然甲烷的化學(xué)計(jì)量系數(shù)比丙烷要小，但是它的影響比動(dòng)量直徑要小的多）。 點(diǎn)評(píng)非預(yù)混火焰估算火焰升起高度和射流熄火流量經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式:式中:h是火焰升起高度，是最大層流火焰?zhèn)鞑ニ俣龋莿?dòng)力粘性系數(shù)。其中H是沿噴管軸線燃料平均濃度下降到化學(xué)恰當(dāng)比濃度的距離。（9-16）(9-17)非預(yù)混火焰（9-18）H是沿噴管軸線燃料平均濃度下降到化學(xué)恰當(dāng)比濃度的距離。分別是化學(xué)恰當(dāng)比燃料質(zhì)量分?jǐn)?shù)，出口燃料質(zhì)量分?jǐn)?shù)，非預(yù)混火焰例9.3 已知一丙烷射流火焰出口直徑為6.17mm；環(huán)境壓力和 溫度分別為1atm，300K；射流出口的溫度為300K，密 度1.8