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燃烧理论第四讲火焰传播理论共39页文档
燃烧理论第四讲ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ焰传播理论
11、获得的成功越大，就越令人高兴 。野心 是使人 勤奋的 原因， 节制使 人枯萎 。 12、不问收获，只问耕耘。如同种树 ，先有 根茎， 再有枝 叶，尔 后花实 ，好好 劳动， 不要想 太多， 那样只 会使人 胆孝懒 惰，因 为不实 践，甚 至不接 触社会 ，难道 你是野 人。(名 言网) 13、不怕，不悔(虽然只有四个字，但 常看常 新。 14、我在心里默默地为每一个人祝福 。我爱 自己， 我用清 洁与节 制来珍 惜我的 身体， 我用智 慧和知 识充实 我的头 脑。 15、这世上的一切都借希望而完成。 农夫不 会播下 一粒玉 米，如 果他不 曾希望 它长成 种籽； 单身汉 不会娶 妻，如 果他不 曾希望 有小孩 ；商人 或手艺 人不会 工作， 如果他 不曾希 望因此 而有收 益。-- 马钉路 德。
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
谢谢！
11、获得的成功越大，就越令人高兴 。野心 是使人 勤奋的 原因， 节制使 人枯萎 。 12、不问收获，只问耕耘。如同种树 ，先有 根茎， 再有枝 叶，尔 后花实 ，好好 劳动， 不要想 太多， 那样只 会使人 胆孝懒 惰，因 为不实 践，甚 至不接 触社会 ，难道 你是野 人。(名 言网) 13、不怕，不悔(虽然只有四个字，但 常看常 新。 14、我在心里默默地为每一个人祝福 。我爱 自己， 我用清 洁与节 制来珍 惜我的 身体， 我用智 慧和知 识充实 我的头 脑。 15、这世上的一切都借希望而完成。 农夫不 会播下 一粒玉 米，如 果他不 曾希望 它长成 种籽； 单身汉 不会娶 妻，如 果他不 曾希望 有小孩 ；商人 或手艺 人不会 工作， 如果他 不曾希 望因此 而有收 益。-- 马钉路 德。
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
谢谢！
第五章火焰传播和火焰稳定性
长度较长
长度较短
火焰稳定，表面光滑
火焰抖动，呈毛刷状
燃烧时较安静
燃烧时有噪声
流动面积小，粘度系数大 流动面积大，粘度系数小
湍流火焰传播
特点：
• 湍流使火焰面变弯曲，
层 流
湍 流
增大反应面积
火
火
• 湍流加剧了热和活性
焰
焰
中心的输运速率，增
大燃烧速率
• 湍流缩短混合时间， 提高燃烧速率
• 湍流燃烧，燃烧加强， 反应率增大
T0
层流火焰传播速度是与预混气的物理化学性质有关
宏观角度分析：
L u L
在固定火焰、稳定燃烧条件下：
导入热量
QD
Tm
L
T0
/ A
获得热焓量 Q h u L A 0C P (Tm T 0)
Q
A
t
Q mC p t
火焰传播速度
a
uL
dT dx C
2 Tm
WQdT
Ti
dT dx
p
uL
0 C p Ti
T0
则求得传播速度为：
uL
Tm
2 WQdT Ti
2 0
C
2 P
Ti T0
2
层流火焰传播速度uL表达式（3）
因为预热区反应速度很小
Ti
u L d 3 pr 2 k d
优点 • 可测定不同压力下、温度 下的以及高压情况下的火焰 传播速度 • 只适用火焰传播速度快的混合气
移动火焰测量法
平面火焰法
火焰传播与稳定理论打印版讲解
火焰稳定的基本原理
• 要保证火焰前沿稳定在某一位置上，可燃物向前 流动的速度等于火焰前沿可燃物传播的速度，这 两个速度方向相反，大小相等，因而火焰前沿就 静止在某一位置上。
• 当预混气体流量很小时、使得出口断面上的流动 速度总是小于火焰传播速度时，火焰就会向管内 传播，造成回火。
• 若流速过高，则会造成吹灭。
0
• 介质的连续性方程
0u0 xux
• 未反应区方程
d dx
(
dT dx
)
cP 0u0
dT dx
dT x : dx 0,T T0 x 0 :T TB
• 进行一次积分可得
( dT
dx
)
cP 0u0 (T
T0 )
• 再次进行积分求解可得
0u0cp x
影响火焰正常传播速度的主要因素 -燃料化学结构的影响
对于饱和碳氢化合物（烷烃类），其最大 火焰速度(0.7m/s)几乎与分子中的碳原子 数n无关；
对于一些非饱和碳氢化合物（无论是烯烃 还是炔烃类），碳原子数较小的燃料，其 层流火焰速度却较大。
差异是由热扩散性不同所造成，这种热扩 散性和燃料分子量有关。
cos
dr
uH
(dr)2 (dz)2 w
dz w2 uH 2
dr
uH
w 2
uH
1 dz w dr uHΒιβλιοθήκη • 火焰形状z
1 uH
w0
wR R r
w0 3
R
r3 R2
•火炬着火区长度计算公式
火焰传播与稳定理论打印版概要课件
灭火技术研发
基于火焰传播与稳定理论，可以研究新型的灭火技术和方法，例如定向爆破、抑制火焰传播等，提高灭火效果和 安全性。
05
火焰传播的未来研究方向
高温燃烧的火焰传播研究
总结词
研究高温燃烧条件下火焰传播的特性、机制和规律，为高效、环保的燃烧技术提供理论支持。
详细描述
随着能源需求的增加和环保要求的提高，高温燃烧技术成为研究的热点。高温燃烧的火焰传播具有不 同于常温燃烧的特性，如更快的传播速度和更复杂的化学反应过程。因此，研究高温燃烧的火焰传播 对于提高燃烧效率、降低污染物排放具有重要意义。
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THANKS
火焰传播的稳定性分析
1 火焰传播的稳定性定义
火焰传播的稳定性是指火焰在受到扰动 后能否保持稳定传播的能力。如果火焰 在受到扰动后能够恢复稳定传播，则称 其为稳定的；反之，则为不稳定的。
2
线性稳定性分析
线性稳定性分析是一种常用的方法，通 过求解偏微分方程的线性化版本，可以 得到火焰传播的稳定性条件。这种方法 可以确定火焰是否对某些类型的扰动具 有稳定性。
3
非线性稳定性分析
对于更复杂的扰动，需要采用非线性稳 定性分析方法。这种方法考虑了非线性 效应，可以更准确地预测火焰的稳定性 行为。
火焰传播的数值模拟方法
数值模拟的重要性
由于火焰传播过程的复杂性，解析方法很难得到精确解。因此，数值模拟成为研究火焰传 播过程的重要手段。
数值方法的选取
常用的数值方法包括有限差分法、有限元法和有限体积法等。选择合适的数值方法需要考 虑计算精度、计算效率和数值稳定性等因素。
火焰传播与稳定理论打印 版概要课件
目录
• 火焰传播基础 • 火焰传播理论 • 火焰传播的影响因素 • 火焰传播的应用 • 火焰传播的未来研究方向
基于火焰传播与稳定理论，可以研究新型的灭火技术和方法，例如定向爆破、抑制火焰传播等，提高灭火效果和 安全性。
05
火焰传播的未来研究方向
高温燃烧的火焰传播研究
总结词
研究高温燃烧条件下火焰传播的特性、机制和规律，为高效、环保的燃烧技术提供理论支持。
详细描述
随着能源需求的增加和环保要求的提高，高温燃烧技术成为研究的热点。高温燃烧的火焰传播具有不 同于常温燃烧的特性，如更快的传播速度和更复杂的化学反应过程。因此，研究高温燃烧的火焰传播 对于提高燃烧效率、降低污染物排放具有重要意义。
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火焰传播的稳定性分析
1 火焰传播的稳定性定义
火焰传播的稳定性是指火焰在受到扰动 后能否保持稳定传播的能力。如果火焰 在受到扰动后能够恢复稳定传播，则称 其为稳定的；反之，则为不稳定的。
2
线性稳定性分析
线性稳定性分析是一种常用的方法，通 过求解偏微分方程的线性化版本，可以 得到火焰传播的稳定性条件。这种方法 可以确定火焰是否对某些类型的扰动具 有稳定性。
3
非线性稳定性分析
对于更复杂的扰动，需要采用非线性稳 定性分析方法。这种方法考虑了非线性 效应，可以更准确地预测火焰的稳定性 行为。
火焰传播的数值模拟方法
数值模拟的重要性
由于火焰传播过程的复杂性，解析方法很难得到精确解。因此，数值模拟成为研究火焰传 播过程的重要手段。
数值方法的选取
常用的数值方法包括有限差分法、有限元法和有限体积法等。选择合适的数值方法需要考 虑计算精度、计算效率和数值稳定性等因素。
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目录
• 火焰传播基础 • 火焰传播理论 • 火焰传播的影响因素 • 火焰传播的应用 • 火焰传播的未来研究方向
浙大高等燃烧学火焰传播与稳定_程乐鸣_2013_9
第三节 火焰正常传播
• 主要内容
–影响火焰正常传播速度的主要因素。 –火焰传播界限。 –火焰正常传播速度的测量。
影响火焰正常传播速度的主要因素
• • • • • • • • 过量空气系数 燃料化学结构 添加剂 混合可燃物初始温度T0 火焰温度 压力 惰性物质含量 热扩散系数和比热
基于理论公式分析，关注推导 过程中的假设等条件变化
Tr
T0
wdT
分区近似解是精确求解 法的一个一次逼近值
Tanford等的扩散理论
• 原理： 认为凡是燃烧均属于链式反应，在链式反应中借 助于活性分子的作用，使混气变为燃烧产物。 • 对于层流火焰中的某些反应，活性物质向未燃气体的扩散 速度，能决定火焰速度的大小。 • 在对潮湿一氧化碳火焰中原子和自由基浓度的平衡态进行 计算结果表明，氢原子的平衡浓度是确定火焰速度的一个 重要因素，并确定了质扩散和导热对火焰中产生氢原子的 相对重要性，且证明扩散过程是控制过程，他们在此基础 上提出了火焰速度方程。
化学反应速度与组分相关
结 果
2 T 2 sl wqdT 2 T 0 c p (Tb T0 ) 02 c 2 ( T T ) p b 0
r b
Tr
Tb
wqdT
uH
2 wqdT
T0 2 02 c 2 ( T T ) p r 0
Tr
uH
ws 0 q T0 n 2n! E 1 1 ( ) exp[ ( )] n 1 B 0 c p (Tr T0 ) Tr R Tr T0
• 捷尔道维奇分区近似解法 • 火焰传播精确解法
• Tanford等的扩散理论
• 层流火焰数值求解
火焰传播与火焰稳定
压力的影响：
p0 T a a0 p T0
1 .7
a / ul
0 ( p0 / p)
b
（b=1.0～0.75）
压力下降，火焰厚度增加。当压力降到很低 时，可以使δ 增大到几十毫米。火焰越厚，火焰 向管壁散热量越大，从而使得燃烧温度降低
第 六 章 火 焰 传 播 与 火 焰 稳 定
第一节 层流火焰传播
四、影响层流火焰传播速度的因素
温度的影响：
ul T
C 0
（C=1.5～2）
温度增加，火焰传播速度增加。
p0 T a a0 p T0
1 .7
T 1 .7
a / ul
因为温度对导温系数a和对速度的影响差不多， 因此温度对火焰厚度的影响不大。
第一节 层流火焰传播
四、影响层流火焰传播速度的因素
混气性质的影响：
导温系数增加，活化能减少或火焰 温度增加时，火焰传播速度增大。
第 六 章 火 焰 传 播 与 火 焰 稳 定
第一节 层流火焰传播
四、影响层流火焰传播速度的因素
淬熄距离： 当管径或容器尺寸小到某个临界值时，由于 火焰单位容积的散热量太大，生热量不足，火焰 便不能传播。这个临界管径叫淬熄距离。
W K ( 0 y0 ) n exp( E / RT )及 p / RT
QK ( 0 y 0 ) exp( E / RT ) ul 2 2 0 C p (Tm T0 )
n
1/ 2 ( p 0n 2 ) / 2
第 六 章 火 焰 传 播 与 火 焰 稳 定
二、层流火焰的内部结构及其传播机理
层流火焰传播的机理有三种理论： 热理论：认为控制火焰传播的主要机理为从反应 区到未燃区域的热传导 扩散理论：认为来自反应区的链载体的逆向扩 散是控制层流火焰传播的主要因素 综合理论：认为热的传导和活性粒子的扩散对火 焰传播可能有同等重要的影响
p0 T a a0 p T0
1 .7
a / ul
0 ( p0 / p)
b
（b=1.0～0.75）
压力下降，火焰厚度增加。当压力降到很低 时，可以使δ 增大到几十毫米。火焰越厚，火焰 向管壁散热量越大，从而使得燃烧温度降低
第 六 章 火 焰 传 播 与 火 焰 稳 定
第一节 层流火焰传播
四、影响层流火焰传播速度的因素
温度的影响：
ul T
C 0
（C=1.5～2）
温度增加，火焰传播速度增加。
p0 T a a0 p T0
1 .7
T 1 .7
a / ul
因为温度对导温系数a和对速度的影响差不多， 因此温度对火焰厚度的影响不大。
第一节 层流火焰传播
四、影响层流火焰传播速度的因素
混气性质的影响：
导温系数增加，活化能减少或火焰 温度增加时，火焰传播速度增大。
第 六 章 火 焰 传 播 与 火 焰 稳 定
第一节 层流火焰传播
四、影响层流火焰传播速度的因素
淬熄距离： 当管径或容器尺寸小到某个临界值时，由于 火焰单位容积的散热量太大，生热量不足，火焰 便不能传播。这个临界管径叫淬熄距离。
W K ( 0 y0 ) n exp( E / RT )及 p / RT
QK ( 0 y 0 ) exp( E / RT ) ul 2 2 0 C p (Tm T0 )
n
1/ 2 ( p 0n 2 ) / 2
第 六 章 火 焰 传 播 与 火 焰 稳 定
二、层流火焰的内部结构及其传播机理
层流火焰传播的机理有三种理论： 热理论：认为控制火焰传播的主要机理为从反应 区到未燃区域的热传导 扩散理论：认为来自反应区的链载体的逆向扩 散是控制层流火焰传播的主要因素 综合理论：认为热的传导和活性粒子的扩散对火 焰传播可能有同等重要的影响
火焰传播与稳定理论打印版概要
➢ 火焰前沿各处的速度并不一 致。
➢ 火焰前沿锥体离喷嘴出口有 一段距离，并且宽度略大， 火焰速度与喷嘴直径有关， 直径越小影响越大。
➢ 可燃气体混合物中的含氧量 影响火焰锥体的形状。
火焰正常传播的理论
• 用于简化近似分析的热理论
• 泽利多维奇等的分区近似解法 • 火焰传播的精确解法 • 坦福特（Tanford）等的扩散理论
qw
0
预热区：ddx (
dT ) dx
cP 0u0
dT dx
(
dT dx)bcP Nhomakorabeau0 (Tb
T0 )
反应区：d
dx
(
dT dx
)
wq
0
( dT dx
)
b
2 Tr wqdT
Tb
uH
2 Tr wqdT Tb
02c2p (Tb T0 )2
Tb wqdT 0 T0
Tb T0 Tr T0
0u0 xux
• 未反应区方程
d dx
(
dT dx
)
cP 0u0
dT dx
dT x : dx 0,T T0 x 0 :T TB
• 进行一次积分可得
(
dT dx
)
cP
0u0
(T
T0
)
• 再次进行积分求解可得
0u0cp x
T T0 (TB T0 )e
燃烧区特征
➢ 将TB至Tr之间的区域称为燃烧区。 ➢ 在整个燃烧区域中，其可燃气体混合物的化学反应速
• 对于层流火焰中的某些反应，活性物质向 未燃气体的扩散速度，能决定火焰速度的 大小。
各种理论解法的比较
影响火焰正常传播速度的主要因素 -过量空气系数的影响
➢ 火焰前沿锥体离喷嘴出口有 一段距离，并且宽度略大， 火焰速度与喷嘴直径有关， 直径越小影响越大。
➢ 可燃气体混合物中的含氧量 影响火焰锥体的形状。
火焰正常传播的理论
• 用于简化近似分析的热理论
• 泽利多维奇等的分区近似解法 • 火焰传播的精确解法 • 坦福特（Tanford）等的扩散理论
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0
预热区：ddx (
dT ) dx
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dT dx
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T0 )
反应区：d
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2 Tr wqdT
Tb
uH
2 Tr wqdT Tb
02c2p (Tb T0 )2
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Tb T0 Tr T0
0u0 xux
• 未反应区方程
d dx
(
dT dx
)
cP 0u0
dT dx
dT x : dx 0,T T0 x 0 :T TB
• 进行一次积分可得
(
dT dx
)
cP
0u0
(T
T0
)
• 再次进行积分求解可得
0u0cp x
T T0 (TB T0 )e
燃烧区特征
➢ 将TB至Tr之间的区域称为燃烧区。 ➢ 在整个燃烧区域中，其可燃气体混合物的化学反应速
• 对于层流火焰中的某些反应，活性物质向 未燃气体的扩散速度，能决定火焰速度的 大小。
各种理论解法的比较
影响火焰正常传播速度的主要因素 -过量空气系数的影响
火焰传播与稳定理论打印版
n dn uH im 0 d
u P u H wn
本生灯火焰移动速度
u P u H wn
d uH wn w cos w dS qV wd uH dS uH SL S
火焰前沿移动的正常速度可理解为在单位火焰前沿
1 Tr TB u0 c p 0 TB T0
w u0c0
假定可燃气体混合物完全在反应区进行反应。
Tr TB a Tr TB u0 ( )w ( )w c p 0c0 TB T0 c0 TB T0
Tr TB a Tr TB u0 ( )w ( )w c p 0 c0 TB T0 c0 TB T0
影响火焰正常传播速度的主要因素 -火焰温度的影响
• 火焰温度对火焰传播速度
具有极大影响。
• 超过2500°C自由基浓度
大量增加起重要影响。
影响火焰正常传播速度的主要因素 -热扩散率和比压定热容的影响
热扩散率越大， 则火焰传播速度越 快。 比压定热容越小， 则火焰温度越高， 相应火焰传播速度 也越快。
不同混合方法所表示的三种火焰形状
化学均匀可燃气体混合物的动力燃烧
Z
n
可燃气体混合物层流运动时任一截面 上混合物的速度分布规律
2 r 0 1 2 R
Z
r
O
u
r
0
R
动力燃烧的火焰形状
流出喷燃出口时的速度分布规律
2 r 0 1 2 R R
• 粒子示踪法
• 平面火焰燃烧器法
可燃气体层流动力燃烧和扩散燃烧
火焰的形状及其长短对于一定喷燃器形式 而言，主要取决于可燃气体与空气在喷燃器中 的混合方法： 动力燃烧火焰：预先混合好的化学均匀可燃 气体混合物的火焰。 扩散燃烧火焰：气体可燃物与燃烧所需的部 分空气预先混合或者不预先混合的情况下，由 喷燃器喷出，燃烧所形成的火焰。
稳定火势与控制火灾传播
VS
社区消防宣传
利用社区宣传栏、活动中心等场所，定期 开展消防宣传活动，提高社区居民的消防 安全意识。
定期进行消防演习和培训
消防演习
定期组织消防演习，模拟火灾场景， 让公众亲身体验火灾的危害和掌握逃 生技能。
培训与考核
对消防人员进行专业培训和考核，提 高其专业素质和应对火灾的能力。
感谢您的观看
THANKS
稳定火势与控制火灾 传播
汇报人：可编辑 2024-01-04
目录
CONTENTS
• 火势稳定和控制的重要性 • 控制火源和燃烧物 • 灭火设备和技术的应用 • 火场逃生和救援 • 火灾预防和宣传教育
01 火势稳定和控制的重要性
保护生命安全
01
02
03
及时疏散
在火灾发生时，应迅速疏 散建筑物内的人员，确保 他们的安全。
02 控制火源和燃烧物
隔离火源
关闭火源附近的电器 和燃气设备，以防止 火势扩大。
使用灭火器、灭火器 材或水源等手段，迅 速扑灭初始火源。
将易燃物品移至安全 区域，远离火源，以 减少可燃物。
移除可燃物
清除火源周围的易燃物品，如纸张、布料、木材 等，以减少可燃物。
关闭门窗、通风管道等，以减少空气流通，减缓 火势蔓延。
和反应速度。
火场自救技巧
保持低姿行进
在火场中尽量保持低姿，用湿布捂住口鼻，以减少吸入烟雾。
关闭门窗
逃生过程中要关闭门窗，以减缓火势蔓延。
寻找避难所
在无法逃出火场时，寻找安全的避难所，如卫生间、楼梯间等，用 湿布塞住门缝等待救，首先要确保自身安全，避免盲目冒险 。
灭火器
干粉灭火器
利用干粉灭火剂瞬间释放大量的非活性气体来抑制火焰燃烧 。适用于扑灭固态物质、液体和气体火灾以及电气设备火灾 。
燃烧理论6火焰传播与稳定解析
dx
Tf
层流火焰传播速度推导
能量方程 边界条件
预热区：
0ul C p
dT dx
d (dT ) dx dx
x
, T
T0 ,
dT dx
0
反应区：
d 2T dx 2
WQ
0
x 0, T Tf
x
, T
Tm ,
dT dx
0
dT 0ulCp (Tf T0 )
dx
＝
dT 2 TmWQdT
实际上，只有极少数的火焰传播过程是单纯受热力理论控制或 单纯是受扩散理论控制的，碳氢化合物燃烧时热力理论和扩散理论 同时起作用。在一般情况下热力理论比较接近于实际，被认为是目 前比较完善的火焰传播理论。
四、层流火焰的内部结构及其传播机理
设：u0 = ul，则火焰锋 面驻定。 将火焰锋面可分为两部 分：
三、层流火焰速度(Laminar flame speed, SL）
层流火焰传播的速度定义为流动状态为层流时的火 焰锋面在其法线方向相对于新鲜混合气的传播速度。
层流火焰速度：SL(标量) 火焰传播速度：S (矢量)
流场速度：U(矢量)
相对于未燃预混气体的层 流火焰速度：
Su = Uu− dxf / dt = SL
热力理论：火焰中化学反应主要是由于热量的导入使分子热 活化而引起的，所以火焰前沿的反应区在空间中的移动决定于从 反应区向新鲜预混可燃气体传热的传导率。并不否认火焰中心有 活性中兴存在和扩散，但认为在一般的燃烧过程中活化中心的扩 散对化学反应速度的影响不是主要的。
扩散理论：火焰中化学反应主要是活化中心（如H、OH 等）向新鲜预混可燃气体扩散，促进使其链锁反应发展所致。
第六章火焰传播和火焰稳定-精选文档
焰面外侧：空气＋燃烧产物
焰面内侧：燃料＋燃烧产物
焰面：燃料与空气的理论浓度为零
第三节 扩散火焰结构
第 七 章 气 体 燃 料 燃 烧
一、扩散火焰结构
湍流扩散火焰
第三节 扩散火焰结构
第 七 章 气 体 燃 料 燃 烧
二、扩散火焰高度
确定扩散火焰高度即寻找火焰锋面与轴心线相交的位置。
湍流扩散火焰
Cm C0 0 .70 2 ax d 0 0 .29
燃 料 与 燃 烧
第七章 气体燃料燃烧
要求：了解不同射流流动的特征，掌 握扩散燃烧与动力燃烧的概念、结构 及特性，了解气体燃料燃烧器的工作 原理与设计方法。
第一节 扩散燃烧与动力燃烧
第 七 章 气 体 燃 料 燃 烧
扩散燃烧与动力燃烧
气体燃料燃烧所需的全部时间通常包括两部分： 气体燃料与空气混合所需时间和燃烧反应所需时间。
第二节 射流流动
第 七 章 气 体 燃 料 燃 烧
三、其它形式，混合减缓，射流 张角、速度及浓度沿轴向的变化率随之减小。
第二节 射流流动
第 七 章 气 体 燃 料 燃 烧
三、其它形式的射流
环状射流
第二节 射流流动
第 七 章 气 体 燃 料 燃 烧
三、其它形式的射流
根据射流喷嘴： 平面射流与圆形射流 根据射流流动： 层流射流与湍流射流
第二节 射流流动
第 七 章 气 体 燃 料 燃 烧
一、圆形湍流自由射流
第二节 射流流动
第 七 章 气 体 燃 料 燃 烧
一、圆形湍流自由射流
初始段
O－C－O为射流核心，核 心区内速度、浓度等与出 口处相同，长度约4~5d0
自模段
[工学]火焰传播与稳定理论6课时
![[工学]火焰传播与稳定理论6课时](https://img.taocdn.com/s3/m/7e2fb4f776a20029bd642dd6.png)
热容比)/ г-1可以推导出以上方程式，该方程在P－1/图 上是叫Hugoniot曲线，意味着给定初态p0、 0及反应热 之下，终态pr和r的关系。
过程与声速的关系
a 2 RT u0 Ma a
a2 RT
pr pr>>p0,1/ρr略<1/ρ0 A
Ma>1
pr略<p0,1/ρr>>1/ρ0 0<Ma<1
结 论
u0
T Ti ( r )w c p C0 Ti T0
1、火焰前沿移动的正常速度是与其平均导热系数的平方根成 正比例，而与其定压比热Cp的平方根成反比例，因此正常速 度与气体混合物的物理常数有关。 2、正常速度随着差值（Ti-T0）的减小而增加，随着燃烧室中 的燃烧温度Tr的降低而减小。因此如果将气体预先加热然后 再送入燃烧室，则其正常速度能得以提高。 3、可燃气体混合物的热效应及化学反应速率亦显著地影响正 常传播速率，从第2点及公式可知，当可燃气体混合物的热 效应及化学反应速率降低的情况下，则正常速度数值亦小。 4、可燃气体混合物的过量空气系数亦将影响其正常速度,当 可燃混合物中的空气含量不足（α<1）或过多时（α>1）都 会使燃烧温度Tr降低，因而亦降低正常速度。
本生灯测量火焰移动速度（实验法） —————————————————
本生灯的锥形表面为火 焰前沿，火焰前沿不动， 即火焰传播速度up为零。 说明气流在锥形表面某点 处的法线方向上分速度wn 等于火焰前沿移动速度 uH。
本生灯火焰前沿
dS表示火焰前沿微元面面积，
dσ表示与微元面相应的气流微 元面积
火焰前沿
火焰前沿具有的特征 ———————————————————
过程与声速的关系
a 2 RT u0 Ma a
a2 RT
pr pr>>p0,1/ρr略<1/ρ0 A
Ma>1
pr略<p0,1/ρr>>1/ρ0 0<Ma<1
结 论
u0
T Ti ( r )w c p C0 Ti T0
1、火焰前沿移动的正常速度是与其平均导热系数的平方根成 正比例，而与其定压比热Cp的平方根成反比例，因此正常速 度与气体混合物的物理常数有关。 2、正常速度随着差值（Ti-T0）的减小而增加，随着燃烧室中 的燃烧温度Tr的降低而减小。因此如果将气体预先加热然后 再送入燃烧室，则其正常速度能得以提高。 3、可燃气体混合物的热效应及化学反应速率亦显著地影响正 常传播速率，从第2点及公式可知，当可燃气体混合物的热 效应及化学反应速率降低的情况下，则正常速度数值亦小。 4、可燃气体混合物的过量空气系数亦将影响其正常速度,当 可燃混合物中的空气含量不足（α<1）或过多时（α>1）都 会使燃烧温度Tr降低，因而亦降低正常速度。
本生灯测量火焰移动速度（实验法） —————————————————
本生灯的锥形表面为火 焰前沿，火焰前沿不动， 即火焰传播速度up为零。 说明气流在锥形表面某点 处的法线方向上分速度wn 等于火焰前沿移动速度 uH。
本生灯火焰前沿
dS表示火焰前沿微元面面积，
dσ表示与微元面相应的气流微 元面积
火焰前沿
火焰前沿具有的特征 ———————————————————
燃烧理论第四讲火焰传播理论
燃烧理论第四讲火焰 传播理论
目 录
• 火焰传播概述 • 火焰传播的基本理论 • 火焰传播的实验研究 • 火焰传播在燃烧科学中的应用 • 总结与展望
01
火焰传播概述
火焰传播的定义
火焰传播
火焰在可燃气体中传播蔓延的过程， 是燃烧学中的重要概念。
火焰传播速度
火焰传播的物理化学过程
火焰传播的本质是化学反应释放的热 量推动可燃气体加热和膨胀，形成火 焰前锋，并不断向未燃区域传播。
火焰传播理论在燃烧科学中的重要性
火焰传播是燃烧过程中的核心现象，对燃烧效率和污染物排放有重要影响。
火焰传播理论为燃烧设备的优化设计和控制提供了理论基础，有助于提高 燃烧效率并降低污染物排放。
火焰传播理论对于燃烧科学的发展具有重要意义，是燃烧科学领域的重要 研究方向之一。
未来火焰传播理论的研究方向与挑战
燃烧科学中的火焰传播研究展望
火焰传播研究的重要性和挑战
火焰传播是燃烧过程中的关键环节，对燃烧效率和污染物排放具有重要影响。然而，火 焰传播机制和影响因素的复杂性给研究带来了一定的挑战。未来研究需要进一步深入探 讨火焰传播的微观机制和多尺度相互作用，为燃烧科学的发展提供更深入的理论基础。
火焰传播研究的发展趋势
火焰传播的热力学基础
1 2 3
燃烧热与热力学第一定律
火焰传播过程中伴随着能量的转化与传递，燃烧 热是燃烧反应释放的能量，热力学第一定律用于 描述能量守恒。
热力学第二定律与熵增原理
火焰传播过程中熵增原理表明反应自发向熵增加 的方向进行，热力学第二定律用于判断反应是否 自发进行。
燃烧温度与热力学平衡态
随着实验技术和数值模拟方法的不断进步，未来火焰传播研究将更加注重多学科交叉和 跨尺度研究。同时，随着环保意识的提高，研究将更加关注清洁燃烧和低排放燃烧技术， 探索更高效的燃烧方式和污染物控制策略。此外，新兴技术的应用也为火焰传播研究提
目 录
• 火焰传播概述 • 火焰传播的基本理论 • 火焰传播的实验研究 • 火焰传播在燃烧科学中的应用 • 总结与展望
01
火焰传播概述
火焰传播的定义
火焰传播
火焰在可燃气体中传播蔓延的过程， 是燃烧学中的重要概念。
火焰传播速度
火焰传播的物理化学过程
火焰传播的本质是化学反应释放的热 量推动可燃气体加热和膨胀，形成火 焰前锋，并不断向未燃区域传播。
火焰传播理论在燃烧科学中的重要性
火焰传播是燃烧过程中的核心现象，对燃烧效率和污染物排放有重要影响。
火焰传播理论为燃烧设备的优化设计和控制提供了理论基础，有助于提高 燃烧效率并降低污染物排放。
火焰传播理论对于燃烧科学的发展具有重要意义，是燃烧科学领域的重要 研究方向之一。
未来火焰传播理论的研究方向与挑战
燃烧科学中的火焰传播研究展望
火焰传播研究的重要性和挑战
火焰传播是燃烧过程中的关键环节，对燃烧效率和污染物排放具有重要影响。然而，火 焰传播机制和影响因素的复杂性给研究带来了一定的挑战。未来研究需要进一步深入探 讨火焰传播的微观机制和多尺度相互作用，为燃烧科学的发展提供更深入的理论基础。
火焰传播研究的发展趋势
火焰传播的热力学基础
1 2 3
燃烧热与热力学第一定律
火焰传播过程中伴随着能量的转化与传递，燃烧 热是燃烧反应释放的能量，热力学第一定律用于 描述能量守恒。
热力学第二定律与熵增原理
火焰传播过程中熵增原理表明反应自发向熵增加 的方向进行，热力学第二定律用于判断反应是否 自发进行。
燃烧温度与热力学平衡态
随着实验技术和数值模拟方法的不断进步，未来火焰传播研究将更加注重多学科交叉和 跨尺度研究。同时，随着环保意识的提高，研究将更加关注清洁燃烧和低排放燃烧技术， 探索更高效的燃烧方式和污染物控制策略。此外，新兴技术的应用也为火焰传播研究提
[工学]火焰传播与稳定理论6课时
火焰前沿
火焰前沿具有的特征 ———————————————————
Ti至Tr之间的区域称为燃烧区, 在燃烧区中可燃物的化学 反应速率是不同的. 由于化学反应速率w不仅与温度有关，并 且还与可燃物的浓度有关。在着火处附近，虽然可燃物的浓度 最大，但是该处的温度较低，所以可燃混合物在着火后的一段 距离内只进行较慢的化学反应；而在燃烧区的末端，其温度虽 然已达到很高的数值，但可燃物几乎完全消耗掉，所以在燃 烧区域的末端必然没有化学反应。化学反应主要集中在中间很 窄的区域c中进行，温度略低于燃烧温度Tr, 称其为化学反应 区。混气经过此区域后95—98％发生了反应。
压力对uH的影响 ———————————
uH p uH p
速度cm.s-1 ＜50 50～100 ＞100
m n 1 2
压力指数m m＜0 m＝0 m＞0
变化关系 uH随压力下降而增大 uH不随压力变化 uH随压力升高而增大
反应级数
n＜2 n＝2 n＞2
一般轻质碳氢燃料在空气中燃烧，其总反应级数 均为n≤2,故火焰传播速度uH随着压力下降而增加。 但此时可燃混合气的着火和燃烧稳定性将恶化。 当压力增大时，虽然uH下降，流过火焰面的质量 流量ρuH增加，单位时间内燃料燃烧量增加。
惰性物质含量的影响 ———————————————————
添加惰性物质，一方面直接影响燃烧温度从而影响燃烧速 度，另一方面，通过影响可燃混合气的物理性质来影响火 焰传播速度。大量实验证明，惰性物质的加入，将使火焰 传播速度降低，可燃界限缩小，以及使最大的火焰传播速 度值向燃料浓度较少的方向移动。 不同惰性物质的影响主要表现在热导率与比定压热容比值 λ /cp上，加入某种惰性物质使可燃混合气λ/cp增大，则 uH将增大，反之将减小。
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dx
)x0
cP 0u0 (TB
T0 )
x
u0
cp 0
1
Tr TB TB T0
w u c0 0 假定可燃气体混合物完全在反应区进行反应。
u0
(Tr TB )w cp 0c0 TB T0
a (Tr TB )w c0 TB T0
u0
(Tr TB )w cp 0c0 TB T0
方式向管外逸出，管内压力可认为是常数。由于火焰传 播速度不大，火焰传播完全依靠气体分子热运动的导热 方式将热量从高温的燃烧区（即火焰前沿）传给与火焰 临近的低温未燃气体燃料，使未燃气体燃料着火燃烧。 燃烧的火焰一层层地传播。
➢ 爆燃：其火焰的传播速度超过了声速，一般可达1000～
4000m/s，爆燃主要是由于气体燃料受冲击波的绝热压缩 而引起的。
火焰正常传播的理论
• 用于简化近似分析的热理论
• 泽利多维奇等的分区近似解法
• 火焰传播的精确解法 • 坦福特（Tanford）等的扩散理论
泽利多维奇等的分区近似解法
• 火焰分为两个区域：预热区和反应区。 • 对反应区内的导热微分方程的简化方式处理。
d dx
(
dT dx
) cP 0u0
dT dx
➢ 火焰前沿各处的速度并不一 致。
➢ 火焰前沿锥体离喷嘴出口有 一段距离，并且宽度略大， 火焰速度与喷嘴直径有关， 直径越小影响越大。
➢ 可燃气体混合物中的含氧量 影响火焰锥体的形状。
火焰正常传播的理论
• 用于简化近似分析的热理论
• 泽利多维奇等的分区近似解法 • 火焰传播的精确解法 • 坦福特（Tanford）等的扩散理论
qw
0
预热区：ddx (
dT ) dx
cP 0u0
dT dx
(
dT dx
)b
cP 0u0 (Tb
T0 )
反应区：d
dx
(
dT dx
)
wq
0
( dT dx
)
b
2 Tr wqdT
Tb
uH
2 Tr wqdT Tb
02c2p (Tb T0 )2
Tb wqdT 0 T0
Tb T0 Tr T0
可燃气体的火焰正常传播
➢由于火焰是一层很狭窄的燃烧区域，燃料的化学 反应只在该区域内进行，在这种情况下，可近似地 把它当作一个数学表面。
➢这一表面把未燃的新鲜燃料和燃烧产物分 开，而所有的火焰传播即为此表面的传播。
火焰正常传播
火焰传播速度：火焰相对于无穷远处的未燃混合气在其法线方
向上的速度
uH
im n
0
dn
d
uP uH wn
本生灯火焰移动速度
uP uH wn
uH
wn
w cos
w d
dS
wd
uH
S
dS
uH
qV SL
火焰前沿移动的正常速度可理解为在单位火焰前沿 的表面上，其所能燃烧的可燃气体混合物的流量。
本生灯火焰移动速度
uH
qV SL
r0
qV h2 r02
本生灯测量的局限性
uH
2 Tr wqdT T0
02c2p (Tr T0 )2
w
k0cne
E RT
uH
2n! ws0q (T0 )n exp[ E ( 1 1 )]
Bn1 0cp (Tr T0 ) Tr
R Tr T0
wS 0
w0
Tr T0
0cpq
此式对于 n 整数时，无法得出正确值。但该式可用来分析各种
因素对火焰传播速度的影响，预测出火焰传播速度的变化趋势。
• 对于层流火焰中的某些反应，活性物质向 未燃气体的扩散速度，能决定火焰速度的 大小。
各种理论解法的比较
影响火焰正常传播速度的主要因素 -过量空气系数的影响
a (Tr TB )w c0 TB T0
• 火焰正常传播速度随着燃烧温度Tr的减小而减小，就说明燃烧 区放出的热量不足以加热未燃的可燃混合物。
• 可燃气体混合物的热效应及化学反应速率亦显著地影响正常传 播速度。
• 可燃气体混合物的过量空气系数亦将影响其正常速度,当可燃混 合物中的空气含量偏离正常值时都会使燃烧温度降低，因而亦 降低火焰正常传播速度。
用于简化近似分析的热理论
• 认为火焰中反应区在空间的运动，取决于反应区 放热及其向新鲜混气的热传导。
如未燃的可燃气体混合物的初速度u0恰好使火焰前沿静止不动 则初速度u0即为火焰前沿移动的正常速度
反应区的温度分布
• 一元导热微分方程
d dx
(
dT dx
)
cP xux
dT dx
Qw
0
• 介质的连续性方程
火焰传播与稳定理论
火焰传播与稳定理论
➢火焰传播的基本方式
➢可燃气体的火焰正常传播 ➢火焰正常传播的理论 ➢火焰正常传播速度 ➢可燃气体层流动力燃烧和扩散燃烧 ➢火焰稳定的基本原理和方法
➢不稳定的火焰传播：振荡传播 ➢稳定的火焰传播：正常火焰传播，爆燃
➢ 正常火焰传播(小于30m/s)：燃烧产物以自由膨胀的
0u0 xux
• 未反应区方程
d dx
(
dT dx
)
cP 0u0
dT dx
dT x : dx 0,T T0 x 0 :T TB
• 进行一次积分可得
(
dT dx
)
cP
0u0
(T
T0
)
• 再次进行积分求解可得
0u0cp x
T T0 (TB T0 )e
燃烧区特征
➢ 将TB至Tr之间的区域称为燃烧区。 ➢ 在整个燃烧区域中，其可燃气体混合物的化学反应速
率是不同的。化学反应速率不仅与温度有关，还与可 燃物的浓度有关。
着火处附近，可燃物浓度最大，但温度较低。 燃烧区末端，温度虽然很高，但可燃物浓度最低。
➢ 反应速率最大的区域为略低于燃烧温度附近区域-----反应区。
近似假设在燃烧区域内的温度按直线规律升高
dT dx
x 0
Tr
TB
( dT
火焰正常传播的理论
• 用于简化近似分析的热理论 • 泽利多维奇等的分区近似解法
• 火焰传播的精确解法 • 坦福特（Tanford）等的扩散理论
火焰传播的精确解法
• 利用数值计算方法直接对层流火焰基本 方程进行迭代求解。
坦福特等的扩散理论
• 认为凡是燃烧均属于链式反应，在链式反 应中借助于活性分子的作用，使混气变为 燃烧产物。
a (Tr TB )w c0 TB T0
• 火焰前沿移动的正常传播速度与气体混合物的物理常 数有关。
• 火焰正常传播速度随着差值（TB-T0）的减小而增加， 因此如果将气体预先加热后再送入燃烧室，则其火焰 正常传播速度就能得以提高。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
u0
(Tr TB )w cp 0c0 TB T0
)x0
cP 0u0 (TB
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x
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w u c0 0 假定可燃气体混合物完全在反应区进行反应。
u0
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a (Tr TB )w c0 TB T0
u0
(Tr TB )w cp 0c0 TB T0
方式向管外逸出，管内压力可认为是常数。由于火焰传 播速度不大，火焰传播完全依靠气体分子热运动的导热 方式将热量从高温的燃烧区（即火焰前沿）传给与火焰 临近的低温未燃气体燃料，使未燃气体燃料着火燃烧。 燃烧的火焰一层层地传播。
➢ 爆燃：其火焰的传播速度超过了声速，一般可达1000～
4000m/s，爆燃主要是由于气体燃料受冲击波的绝热压缩 而引起的。
火焰正常传播的理论
• 用于简化近似分析的热理论
• 泽利多维奇等的分区近似解法
• 火焰传播的精确解法 • 坦福特（Tanford）等的扩散理论
泽利多维奇等的分区近似解法
• 火焰分为两个区域：预热区和反应区。 • 对反应区内的导热微分方程的简化方式处理。
d dx
(
dT dx
) cP 0u0
dT dx
➢ 火焰前沿各处的速度并不一 致。
➢ 火焰前沿锥体离喷嘴出口有 一段距离，并且宽度略大， 火焰速度与喷嘴直径有关， 直径越小影响越大。
➢ 可燃气体混合物中的含氧量 影响火焰锥体的形状。
火焰正常传播的理论
• 用于简化近似分析的热理论
• 泽利多维奇等的分区近似解法 • 火焰传播的精确解法 • 坦福特（Tanford）等的扩散理论
qw
0
预热区：ddx (
dT ) dx
cP 0u0
dT dx
(
dT dx
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cP 0u0 (Tb
T0 )
反应区：d
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(
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b
2 Tr wqdT
Tb
uH
2 Tr wqdT Tb
02c2p (Tb T0 )2
Tb wqdT 0 T0
Tb T0 Tr T0
可燃气体的火焰正常传播
➢由于火焰是一层很狭窄的燃烧区域，燃料的化学 反应只在该区域内进行，在这种情况下，可近似地 把它当作一个数学表面。
➢这一表面把未燃的新鲜燃料和燃烧产物分 开，而所有的火焰传播即为此表面的传播。
火焰正常传播
火焰传播速度：火焰相对于无穷远处的未燃混合气在其法线方
向上的速度
uH
im n
0
dn
d
uP uH wn
本生灯火焰移动速度
uP uH wn
uH
wn
w cos
w d
dS
wd
uH
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dS
uH
qV SL
火焰前沿移动的正常速度可理解为在单位火焰前沿 的表面上，其所能燃烧的可燃气体混合物的流量。
本生灯火焰移动速度
uH
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qV h2 r02
本生灯测量的局限性
uH
2 Tr wqdT T0
02c2p (Tr T0 )2
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uH
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Bn1 0cp (Tr T0 ) Tr
R Tr T0
wS 0
w0
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此式对于 n 整数时，无法得出正确值。但该式可用来分析各种
因素对火焰传播速度的影响，预测出火焰传播速度的变化趋势。
• 对于层流火焰中的某些反应，活性物质向 未燃气体的扩散速度，能决定火焰速度的 大小。
各种理论解法的比较
影响火焰正常传播速度的主要因素 -过量空气系数的影响
a (Tr TB )w c0 TB T0
• 火焰正常传播速度随着燃烧温度Tr的减小而减小，就说明燃烧 区放出的热量不足以加热未燃的可燃混合物。
• 可燃气体混合物的热效应及化学反应速率亦显著地影响正常传 播速度。
• 可燃气体混合物的过量空气系数亦将影响其正常速度,当可燃混 合物中的空气含量偏离正常值时都会使燃烧温度降低，因而亦 降低火焰正常传播速度。
用于简化近似分析的热理论
• 认为火焰中反应区在空间的运动，取决于反应区 放热及其向新鲜混气的热传导。
如未燃的可燃气体混合物的初速度u0恰好使火焰前沿静止不动 则初速度u0即为火焰前沿移动的正常速度
反应区的温度分布
• 一元导热微分方程
d dx
(
dT dx
)
cP xux
dT dx
Qw
0
• 介质的连续性方程
火焰传播与稳定理论
火焰传播与稳定理论
➢火焰传播的基本方式
➢可燃气体的火焰正常传播 ➢火焰正常传播的理论 ➢火焰正常传播速度 ➢可燃气体层流动力燃烧和扩散燃烧 ➢火焰稳定的基本原理和方法
➢不稳定的火焰传播：振荡传播 ➢稳定的火焰传播：正常火焰传播，爆燃
➢ 正常火焰传播(小于30m/s)：燃烧产物以自由膨胀的
0u0 xux
• 未反应区方程
d dx
(
dT dx
)
cP 0u0
dT dx
dT x : dx 0,T T0 x 0 :T TB
• 进行一次积分可得
(
dT dx
)
cP
0u0
(T
T0
)
• 再次进行积分求解可得
0u0cp x
T T0 (TB T0 )e
燃烧区特征
➢ 将TB至Tr之间的区域称为燃烧区。 ➢ 在整个燃烧区域中，其可燃气体混合物的化学反应速
率是不同的。化学反应速率不仅与温度有关，还与可 燃物的浓度有关。
着火处附近，可燃物浓度最大，但温度较低。 燃烧区末端，温度虽然很高，但可燃物浓度最低。
➢ 反应速率最大的区域为略低于燃烧温度附近区域-----反应区。
近似假设在燃烧区域内的温度按直线规律升高
dT dx
x 0
Tr
TB
( dT
火焰正常传播的理论
• 用于简化近似分析的热理论 • 泽利多维奇等的分区近似解法
• 火焰传播的精确解法 • 坦福特（Tanford）等的扩散理论
火焰传播的精确解法
• 利用数值计算方法直接对层流火焰基本 方程进行迭代求解。
坦福特等的扩散理论
• 认为凡是燃烧均属于链式反应，在链式反 应中借助于活性分子的作用，使混气变为 燃烧产物。
a (Tr TB )w c0 TB T0
• 火焰前沿移动的正常传播速度与气体混合物的物理常 数有关。
• 火焰正常传播速度随着差值（TB-T0）的减小而增加， 因此如果将气体预先加热后再送入燃烧室，则其火焰 正常传播速度就能得以提高。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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(Tr TB )w cp 0c0 TB T0