2023/9/2河北工業(yè)大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院1第一節(jié)火焰?zhèn)鞑サ母拍罨鹧鎮(zhèn)鞑ィ寒?dāng)預(yù)混合燃物被點(diǎn)燃后，在著火處形成一層薄的火焰面，這層高溫火焰面以熱傳導(dǎo)的形式加熱相鄰的可燃物，使其溫度升高，形成新的火焰面；這樣火焰不斷向未燃?xì)怏w方向移動(dòng)，使之一層一層著火、燃燒，把整個(gè)燃燒過程推進(jìn)到整個(gè)空間，這種現(xiàn)象稱為火焰?zhèn)鞑?。該火焰面稱為火焰前鋒、火焰前沿或者燃燒波、反應(yīng)波?；鹧娣诸悾焊鶕?jù)火焰前沿是否移動(dòng)，分為移動(dòng)火焰與駐定火焰兩種。根據(jù)預(yù)混氣流的流速，分為層流火焰、湍流火焰兩種。注意：工程中常見的是湍流火焰，因此研究湍流火焰具有現(xiàn)實(shí)意義；但是層流火焰的研究工作是基礎(chǔ)。2023/9/2河北工業(yè)大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院2可燃物產(chǎn)物U產(chǎn)物可燃物U管子一端封閉，內(nèi)有可燃混合物。開口端點(diǎn)火，火焰鋒面將加熱未燃物，使之著火，鋒面以速度U向左移動(dòng)；產(chǎn)物排出，直到最后全部燃盡。這種靠傳熱傳質(zhì)作用使火焰鋒面?zhèn)鞑サ倪^程，稱為正常燃燒。若管子相當(dāng)長(zhǎng)，閉口端點(diǎn)火，火焰鋒面將加熱未燃物并著火，但是產(chǎn)物卻無法釋放，造成管內(nèi)壓力驟增，火焰?zhèn)鞑ニ俣葘⒓眲≡龃螅?～10d形成高速波，即爆震波，每秒幾公里?？扇嘉飛產(chǎn)物U管子兩端開口，可燃物以與U反向速度w流入當(dāng)U大于w時(shí)，火焰前鋒向可燃物上游移動(dòng)當(dāng)U小于w時(shí)，火焰前鋒向可燃物下游移動(dòng)當(dāng)兩者相等時(shí)，形成駐定火焰，實(shí)際燃燒裝置的火焰都是駐定火焰2023/9/2河北工業(yè)大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院3真實(shí)的火焰鋒面

在真實(shí)環(huán)境下，火焰鋒面并非上述的那樣個(gè)平面，而是呈現(xiàn)不對(duì)稱拋物狀。原因：1、氣流粘性的存在使之與管壁之間存在摩擦，因此靠近壁面的燃燒速度小于軸心的燃燒速度，從而使之呈現(xiàn)拋物狀。2、由于浮力的作用，火焰上半部分的溫度高于下半部分，因此上部的傳播速度較快，從而使拋物面呈現(xiàn)不對(duì)稱狀。猝熄效應(yīng)：由于管壁的散熱，火焰在壁面附近受到冷卻，溫度降低而熄滅，即在管壁附近不存在火焰。從管壁開始，無火焰存在的那段徑向距離稱為猝熄距離?；鹧驿h面的厚度一般在0.01~1mm之間，相對(duì)與系統(tǒng)的特性尺寸來說很小，因此理論分析時(shí)將之看作平面。2023/9/2河北工業(yè)大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院4MicrogravityCombustionScience2023/9/2河北工業(yè)大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院5可燃預(yù)混火焰的傳播火焰在大空間的蔓延實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬結(jié)果2023/9/2河北工業(yè)大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院6第二節(jié)正?；鹧?zhèn)鞑ニ俣日；鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣龋杭磳恿骰鹧娴膫鞑ニ俣?，定義為層流火焰前鋒法線方向上的位移速度和預(yù)混可燃物流動(dòng)速度的相對(duì)速度。Up可燃物w產(chǎn)物如圖，設(shè)火焰前鋒某點(diǎn)法向速度為Up，該點(diǎn)可燃物流速為w，則火焰?zhèn)鞑ニ俣葹椋篣=Up+w1、靜止氣流中，w=0，U=Up，即火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊扔阡h面法向速度；2、當(dāng)火焰鋒面靜止時(shí)，Up=0，火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊扔跉饬魉俣龋?、對(duì)于理想化一維平面火焰，火焰鋒面速度處處相等。2023/9/2河北工業(yè)大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院7一維火焰前鋒鋒面結(jié)構(gòu)

鋒面內(nèi)存在強(qiáng)烈的熱量與質(zhì)量交換，可燃物經(jīng)歷加熱、著火、燃燒、燃盡等過程；鋒面內(nèi)各參數(shù)都發(fā)生變化。1、溫度由T0逐漸升高到TC，反應(yīng)速度較慢，預(yù)熱區(qū)。著火后，溫度、反應(yīng)速度驟增，反應(yīng)區(qū)。隨著可燃物濃度降低，反應(yīng)速度減小，直到燃盡，燃盡區(qū)。有時(shí)將后兩個(gè)合并為反應(yīng)區(qū)。2、反應(yīng)物濃度逐漸減小、生成物濃度逐漸增加。3、火焰前鋒很薄，但是理論分析時(shí)不能忽略。鋒面內(nèi)溫度、濃度梯度很大，存在自然對(duì)流、強(qiáng)制對(duì)流、導(dǎo)熱等熱量交換形式以及流動(dòng)、擴(kuò)散等質(zhì)量交換形式。存在強(qiáng)烈光輻射，可以根據(jù)發(fā)光區(qū)判斷反應(yīng)區(qū)位置。2023/9/2河北工業(yè)大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院8一維層流平面火焰鋒面內(nèi)能量方程的建立可燃物

對(duì)于火焰鋒面內(nèi)厚度為Δx的微元，溫度T沿可燃物流動(dòng)方向逐漸提高，熱流則從右側(cè)高溫區(qū)導(dǎo)入、左側(cè)導(dǎo)出（導(dǎo)熱項(xiàng)）；同時(shí)可燃物以ρU的質(zhì)量流量自左邊帶入熱流（對(duì)流項(xiàng)）；鋒面還有反應(yīng)放熱，微元體本身溫度升高吸收熱量等。穩(wěn)定火焰?zhèn)鞑r(shí)，微元體內(nèi)沒有熱量積累，可以建立能量平衡關(guān)系：熱流通過求解能量方程可以得到溫度場(chǎng)的分布，但若要求解火焰?zhèn)鞑ニ俣葏s比較困難，因?yàn)榇嬖趶?fù)雜的指數(shù)函數(shù)。2023/9/2河北工業(yè)大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院9澤爾多維奇：蘇聯(lián)理論物理學(xué)與天體物理學(xué)家。對(duì)于黑洞理論提出了獨(dú)到見解。著有“爆震物理”。2023/9/2河北工業(yè)大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院10兩區(qū)近似法求解火焰?zhèn)鞑ニ俣?、在預(yù)熱區(qū)，忽略化學(xué)反應(yīng)，方程化為：從T0到Ti積分一次,得到著火點(diǎn)溫度梯度2、在反應(yīng)區(qū)，忽略對(duì)流項(xiàng)，方程化為：從T0到Ti積分一次,得到著火點(diǎn)溫度梯度2023/9/2河北工業(yè)大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院11在T=Ti處，溫度分布應(yīng)該是連續(xù)的，所以上述兩式相等。因此可以得到層流火焰的傳播速度可以寫為：右圖是釋熱速度與溫度的關(guān)系，可見：因此可以認(rèn)為：2023/9/2河北工業(yè)大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院12第三節(jié)正?；鹧?zhèn)鞑ニ俣鹊臏y(cè)定

由于預(yù)混火焰火焰分為移動(dòng)火焰與駐定火焰兩種，因此測(cè)定方法分為：移動(dòng)火焰法包括圓管法、肥皂泡法、封閉球彈法等，駐定火焰法包括本生燈法、顆粒示蹤法、平面火焰法、激光測(cè)速法等。1、肥皂泡法：將預(yù)混可燃?xì)怏w注入肥皂泡，中央點(diǎn)火，火焰前鋒呈球形擴(kuò)展。利用攝像機(jī)記錄火焰移動(dòng)軌跡，得到dr/dt。產(chǎn)物的等壓膨脹引起氣體運(yùn)動(dòng)進(jìn)一步推動(dòng)火焰前鋒的移動(dòng)，因此要加以修正。夏爾丹“吹肥皂泡的少年”

肥皂泡2023/9/2河北工業(yè)大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院132、密封球彈法：適用于測(cè)量火焰?zhèn)鞑ニ俣容^高的可燃混合氣。在鋼質(zhì)球彈內(nèi)充氣，中間點(diǎn)火，定容條件發(fā)生火焰?zhèn)鞑ァy(cè)定壓力、壓力變化律，照相拍攝火焰前鋒傳播速度dr/dt，最后扣除壓力波的影響。3、平面火焰法：噴嘴出口裝整流網(wǎng)來均勻氣流速度，通過調(diào)節(jié)可燃物速率使火焰呈平面狀。此時(shí)火焰?zhèn)鞑ニ俣扰c氣流速度恰好平衡，測(cè)量火焰面積與可燃物流量，計(jì)算得到火焰?zhèn)鞑ニ俣?。適用于火焰?zhèn)鞑ニ俣缺容^低的可燃物。2023/9/2河北工業(yè)大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院14本生燈火焰

本生

本生與基爾霍夫被稱為光譜分析的創(chuàng)始人。本生煤氣燈火焰透明而不發(fā)光，便與光譜分析。本生燈至今仍有廣泛應(yīng)用。

本生燈時(shí)測(cè)定火焰?zhèn)鞑ニ俣茸畛Ｓ玫姆椒ā?023/9/2河北工業(yè)大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院15直管型出口本生燈管口火焰

特點(diǎn)：火焰前鋒呈曲面錐體狀，頂部為圓形，錐底外緣略有凸出。這是因?yàn)椋?、錐頂處傳熱強(qiáng)烈，因此火焰?zhèn)鞑ニ俣雀螅斐蓤A頂。當(dāng)壓力很低時(shí)，火焰前鋒厚，圓頂更明顯。2、管壁的冷卻作用促使近壁處出現(xiàn)猝熄距離。3、管內(nèi)壓力略高于環(huán)境壓力，造成火焰根部向外凸出。由于出口流速呈現(xiàn)拋物狀，本生火焰的傳播速度并非處處相等，頂端軸心處由于溫度較高、活性中心較多，火焰?zhèn)鞑ニ俣萓最大,出口壁面處等于零，中間段基本相同。a=12023/9/2河北工業(yè)大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院16

對(duì)于這種本生火焰，一般假設(shè)錐體高度為L(zhǎng)，出口半徑為r，任意在錐面上取微元面，則該微元在高度上的投影為dL，在徑向投影為dr。因此：

上式就是錐體形狀的微分方程，將上式積分就可以得到錐體高度，但是由于沿r方向的可燃物流速w與火焰?zhèn)鞑ニ俣萓都是變化的，因此積分困難。所以用這種直管出口本生燈測(cè)定火焰?zhèn)鞑ニ俣缺容^困難。并且照相得到的是反應(yīng)區(qū)圖像（發(fā)光區(qū)），接近外錐面，計(jì)算得到的火焰速度偏小。所以需要加入氧化鎂等示蹤粒子進(jìn)行測(cè)量，比較復(fù)雜。2023/9/2河北工業(yè)大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院17縮口本生燈火焰

這種出口氣流速度均勻（邊界層除外），所以火焰前鋒基本上呈現(xiàn)正錐體狀。此時(shí)只要測(cè)量出口氣流的平均速度w、錐頂夾角2a或者測(cè)量可燃物體積流量就可以值及計(jì)算得到火焰?zhèn)鞑ニ俣取?023/9/2河北工業(yè)大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院185、顆粒示蹤法測(cè)量火焰?zhèn)鞑ニ俣龋涸诳扇蓟旌蠚庵袚饺胍环N既能發(fā)光、有不參與化學(xué)反應(yīng)的細(xì)小顆粒如氧化鎂、硅油煙霧等，并連續(xù)加一頻閃照射，然后照相，據(jù)此確定氣流的流線譜。根據(jù)示蹤粒子的間歇距離和頻閃速度計(jì)算氣流速度。（美國Lewis實(shí)驗(yàn)結(jié)果）2023/9/2河北工業(yè)大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院19第四節(jié)影響火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊囊蛩?、燃料、氧化劑性質(zhì)極其混合比例的影響：不同的燃料具有不同的物理性質(zhì)，因此其火焰?zhèn)鞑ニ俣炔煌??？扇蓟旌衔镏腥剂系哪枬舛葘?duì)于火焰?zhèn)鞑ニ俣扔绊戄^大。在燃料很貧惑者很富的可燃混合物中，火焰一般不能傳播。亦即火焰?zhèn)鞑ゴ嬖跐舛鹊南】h與濃限，上下限處火焰?zhèn)鞑ニ俣葹榱?。在化學(xué)當(dāng)量比下，多數(shù)可燃混合物具有最大的火焰?zhèn)鞑ニ俣?；以空氣作為氧化劑時(shí)，最高火焰?zhèn)鞑ニ俣劝l(fā)生在化學(xué)當(dāng)量比略大的一側(cè)。因此此時(shí)活性中心濃度較大?？扇嘉镄再|(zhì)影響2023/9/2河北工業(yè)大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院202、壓力的影響：實(shí)驗(yàn)證明，壓力對(duì)火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊懕容^復(fù)雜。一般認(rèn)為火焰?zhèn)鞑ニ俣扰c壓力之間存在以下關(guān)系：

因此，當(dāng)反應(yīng)級(jí)數(shù)小于2時(shí)，火焰?zhèn)鞑ニ俣入S著壓力的升高而降低；當(dāng)反應(yīng)級(jí)數(shù)等于2時(shí)，壓力沒有影響；當(dāng)反應(yīng)級(jí)數(shù)小于2時(shí)，壓力降低，火焰?zhèn)鞑ニ俣纫步档?。壓力的影?023/9/2河北工業(yè)大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院21可燃混合物濃度與壓力影響火焰?zhèn)鞑?73項(xiàng)目子課題“大空間著火蔓延機(jī)理”2023/9/2河北工業(yè)大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院22可燃物初始溫度的影響3、初始溫度影響：初始溫度提高，預(yù)熱時(shí)間縮短，燃燒區(qū)反應(yīng)溫度提高，反應(yīng)加快，因此火焰?zhèn)鞑ニ俣忍岣摺?/p>

所以工程中利用預(yù)熱空氣與燃?xì)獾姆椒▉硖岣呷紵省?023/9/2河北工業(yè)大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院23惰性氣體的影響4、惰性氣體的影響：惰性氣體的加入相當(dāng)于降低了氧的含量，因此反應(yīng)速度降低、火焰?zhèn)鞑ニ俣冉档?；并縮小了可燃極限。

工程中經(jīng)常采用純氧、富氧燃燒方式來提高火焰?zhèn)鞑ニ俣取?/p>

2023/9/2河北工業(yè)大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院24系統(tǒng)冷卻的影響5、冷卻的影響：對(duì)系統(tǒng)冷卻將降低火焰?zhèn)鞑ニ俣?。例如管?nèi)燃燒，直徑越小，相對(duì)冷卻面積就越大，當(dāng)直徑小于某一數(shù)值時(shí)，火焰將不能在管內(nèi)傳播，該直徑稱為火焰?zhèn)鞑サ呐R界直徑（熄滅直徑）。當(dāng)管徑增大到一定程度時(shí)，散熱的影響可以忽略，此時(shí)測(cè)量得到的火焰前鋒速度就是正?；鹧?zhèn)鞑ニ俣取?/p>

工程中，煙氣取樣管為了保證煙氣成分穩(wěn)定都采用細(xì)管，就是考慮了熄滅直徑；如果管徑較大，就需要考慮強(qiáng)制冷卻。Testo煙氣分析儀2023/9/2河北工業(yè)大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院25第五節(jié)預(yù)混可燃?xì)庵谢鹧娴姆€(wěn)定性

實(shí)際燃燒設(shè)備中，可燃混合物著火之后要保證燃燒穩(wěn)定地持續(xù)下去，既不能回火，也不能脫火，因此有必要了解火焰穩(wěn)定的條件。燃?xì)庠铑^燃?xì)鉄?023/9/2河北工業(yè)大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院26一維火焰穩(wěn)定條件（a）當(dāng)氣流速度w小于火焰?zhèn)鞑ニ俣萓的時(shí)候，火焰前鋒以U-w的絕對(duì)速度向可燃物上游（向左）移動(dòng)，火焰無法駐定，產(chǎn)生“回火”，導(dǎo)致熄滅。（b）當(dāng)兩者速度相等的時(shí)候，火焰注定在某一位置。（c）當(dāng)氣流速度大于火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊臅r(shí)候，火焰前鋒以w-U的絕對(duì)速度向可燃物下游（向右）移動(dòng)，產(chǎn)生“脫火”，導(dǎo)致熄滅。因此一維火焰的穩(wěn)定條件就是U=w。實(shí)際裝置中一維火焰很難存在，并且來流速度很少小于火焰?zhèn)鞑ニ俣龋赃@種火焰僅僅具有理論分析的意義。2023/9/2河北工業(yè)大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院27圓形管口火焰穩(wěn)定條件

對(duì)于左圖的圓錐形火焰，任取微元段AB，視之為直線，法線N-N與來流W的夾角為φ，則W可以分解為Wt和WN。如果想要保持火焰前鋒的穩(wěn)定，則必須滿足下面兩個(gè)條件：1、U=WN=Wcosφ，這就是著名的火焰穩(wěn)定與弦定律。上式在W>U的情況下總是成立，所以如果火焰?zhèn)鞑ニ俣萓不變的情況下，來流速度提高將使火焰長(zhǎng)度增加。當(dāng)兩者速度相等時(shí)，火焰前鋒呈平面火焰形狀。2、Wt的存在迫使火焰前鋒沿A-B方向向下游移動(dòng)。因此在火焰根部必須存在一個(gè)連續(xù)的點(diǎn)火源不斷將新鮮氣體點(diǎn)燃，才可以源源不斷地補(bǔ)充沿AB方向被氣流帶走已燃質(zhì)點(diǎn)，這樣火焰才可以穩(wěn)定在管口。不然將被吹脫。2023/9/2河北工業(yè)大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院28a、1、2斷面，由于氣流的粘性造成氣流速度W在壁面為零中心最大。由于管壁的傳熱，接近壁面處火焰?zhèn)鞑ニ俣萓急劇下降。于是在整個(gè)截面上W>U，于是火焰無法駐定，被吹向下游。氣流速度與火焰?zhèn)鞑ニ俣仍诟鹘孛娣植记€b、3斷面，卷吸作用促使W的徑向梯度小于管內(nèi)，斜度減小。管壁效應(yīng)漸弱U=0點(diǎn)外移，但是卷吸空氣造成邊界層內(nèi)過量空氣系數(shù)增加，超出濃限，促使U=0的點(diǎn)內(nèi)移；綜合作用產(chǎn)生U的分布曲線如圖。兩曲線相切于A點(diǎn)，其余點(diǎn)仍然W>U。c、4斷面，曲線兩個(gè)交點(diǎn)B、C，在BC之間U>W；其余點(diǎn)W>U。5斷面卷吸更多空氣，U=0點(diǎn)內(nèi)移，相切于D點(diǎn)。6斷面，卷吸量更大，處處W>U.點(diǎn)火源建立

因此在管口外存在區(qū)域ABCD使W小于等于U。在BAC邊界上W=U使之稱為連續(xù)點(diǎn)火源，火焰根部穩(wěn)定在3斷面的A點(diǎn)。如果有外來因素使火焰厚移到4斷面，由于BC之間U>W，火焰根本將重新回到A點(diǎn)。如果偶然火焰退回2斷面，由于W>U，火焰根本也會(huì)重新回到A點(diǎn)。當(dāng)各截面W都大于U時(shí)，穩(wěn)定點(diǎn)火源消失，吹脫。當(dāng)1d斷面W<U時(shí)，回火。2023/9/2河北工業(yè)大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院29Page1312023/9/2河北工業(yè)大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院30圓管火焰穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

在一定過量空氣系數(shù)下，火焰僅能在一定氣流速度范圍內(nèi)穩(wěn)定。在空氣系數(shù)較低的區(qū)域（燃料過濃），由于可燃混合物火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊颓矣泄鼙诘睦鋮s作用，不再存在回火現(xiàn)象。但是由于缺氧，燃料容易裂解產(chǎn)生炭黑，出現(xiàn)黃焰。當(dāng)氣流速度很大時(shí)，容易發(fā)生脫火。脫火回火黃火焰由于火焰穩(wěn)定性與管外氣流速度梯度有關(guān)，如右式。在體積流量相同時(shí)，管徑越小，W越小，越容易發(fā)生回火。必須使流量成三次方增加才能保證不回火。2023/9/2河北工業(yè)大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院31第六節(jié)預(yù)混氣體湍流火焰?zhèn)鞑?/p>

對(duì)比本生層流火焰與湍流火焰可以發(fā)現(xiàn)，湍流火焰存在以下特點(diǎn)：1、火焰高度明顯降低。2、有明顯的噪聲。3、火焰錐面出現(xiàn)皺褶，且錐面較層流火焰厚。4、火焰輪廓不分明等。2023/9/2河北工業(yè)大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院32

工程多采用湍流火焰，因其火焰?zhèn)鞑ニ俣容^大，可以強(qiáng)化燃燒。原因：1、火焰表面皺褶增加了反應(yīng)表面積；2、熱量和質(zhì)量交換強(qiáng)烈增大了燃燒速率；3、湍亂可以促進(jìn)混合，縮短混合時(shí)間，提高燃燒速率。2023/9/2河北工業(yè)大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院33湍流火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊膶?shí)驗(yàn)結(jié)果

對(duì)于湍流火焰速度的測(cè)定也可以使用本生燈法。在不同雷諾數(shù)下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：1、雷諾數(shù)小于2300時(shí)，層流火焰?zhèn)鞑顟B(tài)。2、當(dāng)雷諾數(shù)介于2300～6000之間的時(shí)候，火焰?zhèn)鞑ニ俣日扔赗e0.5；3、當(dāng)雷諾數(shù)大于6000的時(shí)候，火焰?zhèn)鞑ニ俣日扔赗e。實(shí)驗(yàn)證明：湍流火焰的傳播速度受可燃物性質(zhì)、濃度、初始溫度、壓力等因素影響；同時(shí)也受湍流度的影響。2023/9/2河北工業(yè)大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院34丙烷－空氣預(yù)混火焰在不同湍流強(qiáng)度下的紋影照片根據(jù)火焰的伸展情況，可以測(cè)定火焰?zhèn)鞑ニ俣?023/9/2河北工業(yè)大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院35湍流火焰皺褶表面理論

由鄧克爾與謝爾金開創(chuàng)，認(rèn)為湍流火焰是由不同大小的氣體渦團(tuán)所進(jìn)行的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)。當(dāng)渦團(tuán)平均尺寸小于火焰鋒面厚度時(shí)稱為小尺度湍流火焰；反之就是大尺度湍流火焰。對(duì)于大尺度湍流，根據(jù)湍流強(qiáng)度不同為強(qiáng)湍流火焰和弱湍流火焰；當(dāng)脈動(dòng)速度大于層流火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊臅r(shí)候稱為大尺度強(qiáng)湍流火焰，反之，就是弱湍流。對(duì)于小尺度湍流，火焰面依然平整，只是略厚；對(duì)于大尺度弱湍流，微團(tuán)脈動(dòng)速度較小，不能沖破火焰面，僅是扭曲；強(qiáng)湍流的微團(tuán)已撕裂火焰面。

湍流火焰?zhèn)鞑ニ俣却蟮脑蚴牵罕砻姘欛拊龃罅巳紵砻娣e。火焰?zhèn)鞑ニ俣扰c雷諾數(shù)以及脈動(dòng)速度有關(guān)。2023/9/2河北工業(yè)大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院36湍流火焰的容積理論

薩曼菲爾特認(rèn)為：在大尺度強(qiáng)湍流情況下，不存在火焰前鋒，燃燒時(shí)遍布整個(gè)區(qū)域的，只不過反應(yīng)程度不同。湍流微團(tuán)之間進(jìn)行著不同程度的熱量、質(zhì)量交換和化學(xué)反應(yīng)，一旦達(dá)到著火溫度，就燃燒起來。沒有著火的微團(tuán)則在脈動(dòng)過程中與其它微團(tuán)結(jié)合。各微團(tuán)之間脈動(dòng)速度不同，同一微團(tuán)各部分脈動(dòng)速度也不同，因此根本無法保持穩(wěn)定的火焰鋒面。2023/9/2河北工業(yè)大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院37第六節(jié)湍流預(yù)混火焰的穩(wěn)定性

湍流火焰不再具有平整的火焰鋒面，一般分為未燃區(qū)1、燃燒區(qū)2和燃燼區(qū)3。L3一般占總長(zhǎng)度的15％左右。由于氣流速度較大，湍流火焰不再有回火的問題；同時(shí)隨著氣流速度的提高，依靠穩(wěn)定點(diǎn)火源已經(jīng)不能實(shí)現(xiàn)火焰的穩(wěn)定。湍流燃燒時(shí)，由于脈動(dòng)，燃燒的微團(tuán)或者熱煙氣可能返回未燃混合物區(qū)，起到連續(xù)點(diǎn)火源的作用。但是，對(duì)于高強(qiáng)度燃燒，依靠?jī)?nèi)部質(zhì)點(diǎn)的回流往往不能維持火焰穩(wěn)定，多以必須采用煙氣再循環(huán)或值班火焰等措施保證火焰穩(wěn)定。2023/9/2河北工業(yè)大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院38

鈍體穩(wěn)定火焰

高速氣流流過鈍體時(shí)，由于粘性作用把鈍體后的靜止空氣帶走，從而降低了該處的靜壓，在靜壓差作用下，下游氣流產(chǎn)生回流。如果回流的是高溫燃燒產(chǎn)物，就可以起到連續(xù)點(diǎn)火源的作用。多用于航空燃?xì)廨啓C(jī)、動(dòng)力鍋爐的燃燒器上。2023/9/2河北工業(yè)大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院3