火焰传播和火焰稳定性
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
实验二-层流火焰传播速度的测定实验
实验二-层流火焰传播速度的测定实验实验二层流火焰传播速度的测定实验一、预备知识1、火焰传播和化学反应燃烧发生了一系列化学反应，在这些反应中，燃料在一些自由基例如O、OH、H碰撞下发生反应，产生更多的H或者是分解成更小的碎片。
例如，CH4被连续地转化成CH3，CH2，CH。
最初形成的各种氧化的中间产物与燃料中的碳结合而首先变为CO，并且燃料中的氢基变为H2，所有的中间产物将接着进一步氧化，再一次通过自由基的作用，而变为CO2和H2O。
总热量的一大部分释放都是发生在第二阶段。
这个次序使燃烧具有自持性，且只能够发生在高温下（如1500K以上）。
因为只有在高温下，才能是自由基产生的速率比消耗的速率快，而这对燃料完全变形以及中间产物的氧化是有必要的。
当点燃预混燃料时，局部温度将提高到一个非常高的值，提高了反应速率，从而也引起燃料的燃烧，并且释放出热量。
通过热传导把热量引导到了未燃的相邻区域，相邻区域的温度以及反应率都提高了，因此燃烧就在那里发生了。
我们知道，热量的扩散是火焰传播的原因，燃烧波传播的速度取决于燃烧后的温度以及未燃混合物的热扩散性。
为了把高温区域的自由基传递到与之接触的低温的未燃混合物中，质量扩散也是很重要的；通常质量和热扩散率是相同的。
在本实验中，未燃混合物的压力和温度与环境大气一致。
火焰传播速度只依赖于混合物中的燃料/氧化剂的数量，它们反过来又控制着火焰的温度。
贫油(Φ<1)和富油(Φ>1)的火焰温度比化学恰当比(Φ=1)时更低因为偏离化学恰当比时多余的物质吸收了由可燃燃料燃烧所产生的热量。
实际上，温度最大值出现在当量比比1稍大一些的地方，因为产物的比热容比化学恰当比时稍低。
如果混合物过贫，燃气温度将太低，而不能产生大量的自由基，因此火焰传播变得不可能。
如果混合物过富，大量的燃料将吸收自由基，因此使燃烧第二阶段不能进行。
因此，火焰传播只在某个当量比范围内才有可能，这被称为可燃极限。
电场对火焰的影响
电场对火焰的影响
电场对火焰会产生多方面的影响，以下是一些常见的影响：
1. 火焰稳定性：电场可以影响火焰的稳定性。
在某些情况下，电场可能会使火焰更加稳定，而在其他情况下，可能会导致火焰不稳定甚至熄灭。
2. 火焰形状：电场可以改变火焰的形状。
例如，在某些电场作用下，火焰可能会变得更加扁平或更加尖锐。
3. 燃烧速率：电场可能会影响燃烧速率。
一些研究表明，电场可以加速燃烧过程，使燃烧更剧烈；而在另一些情况下，电场可能会抑制燃烧。
4. 火焰传播：电场对火焰传播也可能产生影响。
它可能会改变火焰传播的速度和方向，这对于火灾预防和控制具有重要意义。
5. 气体电离：在强电场下，气体可能会发生电离，形成等离子体。
等离子体状态下的火焰可能会表现出不同的性质和行为。
6. 火焰温度：电场对火焰温度的影响较为复杂，具体情况取决于多种因素，如电场强度、火焰类型等。
一些情况下，电场可能会导致火焰温度升高，而在其他情况下，可能会使温度降低。
需要注意的是，电场对火焰的影响是一个复杂的问题，其具体效果取决于电场的强度、频率、火焰的性质、周围环境等多种因素。
在实际应用中，需要根据具体情况进行实验和研究，以确定电场对火焰的具体影响。
同时，电场对火焰的影响也在一些工业和科学领域得到了应
用，例如火焰检测、燃烧控制、等离子体技术等。
火焰传播的原因和特点
火焰传播速度
火焰传播速度是指火焰在静止介质中蔓延的速度，通常以 米/秒（m/s）为单位进行测量。
火焰传播速度的影响因素
火焰传播速度受到多种因素的影响，包括可燃物的物理和 化学性质、燃烧条件（如氧气浓度、压力和温度）以及环 境因素（如风速和介质流动）。
火焰传播速度的测量
火焰传播速度可以通过实验进行测量，通常在实验室条件 下使用燃烧室或燃烧塔进行测量。
特点
森林火灾蔓延速度快，火势大，难以控制，破坏力强，对生态环境造成严重破坏。
油罐爆炸案例
原因
油罐爆炸通常是由于油罐内的油料泄漏、静电、雷击或人为操作失误等原因引起。
特点
油罐爆炸产生的火焰温度极高，火势猛烈，燃烧速度快，并可能伴随有毒气体和烟雾，对周围环境和 人员安全造成严重威胁。
家中火灾案例
原因
均相燃烧两大类。
均相燃烧是指可燃气体和空气混 合后形成的均匀混合物在燃烧过 程中产生的火焰传播，如天然气
、石油气等。
非均相燃烧是指可燃物与空气混 合不均匀，在燃烧过程中产生的 火焰传播，如木材、煤等固体可
燃物。
02
火焰传播的原因
可燃物的存在
可燃物种类
不同的可燃物有不同的燃烧特性，如易燃、难燃等。
在工业生产中，应尽量减少空气的进入，以降低氧气浓度，从而控制火焰的燃烧 。
惰性气体
在某些情况下，可以使用惰性气体（如氮气、二氧化碳等）来稀释空气中的氧气 ，降低燃烧的可能性。
控制火源的措施
消除火源
在工厂、仓库等场所，应消除火源，如禁止吸烟、禁止使用 明火等。
火源控制
对于必须使用火源的场所，应加强火源的控制和管理，如使 用防火设备、安装火灾报警器等。
火焰传播的影响因素
工程燃烧学简答题3
工程燃烧学简答题3
1.何为火焰稳定性？何谓回火？何谓脱火？工程上如何防止回火和脱火？
答：①火焰稳定性：火焰传播速度与新鲜可燃混合气的流动速度两者大小相等，方向相反。
②回火：预混可燃气体的火焰传播速度UL大于新鲜可燃混合气的流动速率W，火焰前沿位置将向新鲜可燃物的上游方向移动，则火焰向预混气体内部烧去称为回火。
回火不仅仅发生于预混可燃气体的燃烧过程中，在固体燃料如煤粉燃烧过程中，也会发生回火。
在工程上采用小孔或缩口等方法减小喷口直径、均匀喷口流速及冷却喷口等措施防止回火。
具体措施如下：可燃混合气体从烧嘴流出的速度必须大于某一临界速度，后者与煤气成分、预热温度、烧嘴口径及气流性质等有关；当空气或煤气预热时，其出口速度还应该提高；注意保证出口断面上速度的均匀分布，避免使气流受到外界的扰动；对于燃烧能力大的烧嘴，需用气冷或水冷将烧嘴头进行冷却。
③脱火：预混可燃气体的火焰传播速度U L远小于新鲜可燃混合气的流动速率W，火焰前沿位置将向燃烧产物的下游方向移动，则火焰被吹息或吹脱称为脱火。
工程上采用各种形式的气流稳焰器或组织大小适中的高温回流区、合理控制预混气体流速W、各种形式的钝体等综合措施来防止脱火。
具体措施如下：使气体的喷出速度与火焰传播速度相适应；采取措施构成强有力的点火源，如：燃烧通道突扩保证部分高温烟气回流到火焰根部；采用带涡流稳定器或带点火环的
烧；在燃烧器上安装辅助点火烧嘴或者在烧嘴前方设置起点火作用的高温砌体。
2.层流预混火焰稳定的条件？
答：层流预混火焰稳定的条件：法向稳定条件符合余弦定律ϕ
=；切向稳定条件，存在着点火圈。
cos
u
w
L。
火焰在管道中燃烧与管径的关系
火焰在管道中燃烧与管径的关系
火焰在管道中燃烧与管径的关系主要表现在以下几个方面：
1. 火焰传播速度与管径的关系：一般来说，火焰在管道中的传播速度会随着管径的增大而增大。
这是因为大管径意味着更大的流通面积和更低的流体阻力，这有利于火焰的传播。
2. 燃烧效率与管径的关系：管径的大小会影响燃烧的效率。
较小的管径可能会导致火焰传播速度减慢，增加未燃烧完全的物质，从而影响燃烧效率。
适当增加管径可以改善燃烧效率，但过大的管径可能会导致火焰失稳，同样不利于燃烧。
3. 火焰稳定性与管径的关系：合适的管径能使火焰保持稳定，既不会因为过快传播而失稳，也不会因过慢传播而熄灭。
管径的大小对维持火焰的稳定性有重要影响。
4. 热量传递与管径的关系：燃烧产生的热量会通过管道壁传递。
管径越大，热量的传导面积和效率就越高，这有助于维持火焰的稳定。
5. 燃烧产物的分布与管径的关系：增大管径可能会导致燃烧产物的分布更均匀，但这也会受到气流速度、燃料类型和氧气供应等因素的影响。
火焰在管道中燃烧与管径存在复杂的关系。
在实际应用中，需要根据具体的需求和条件选择合适的管径，以达到最佳的燃烧效果。
如需更详细的信息，建议查阅相关文献或咨询专业人士。
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。
航空发动机燃烧控制技术研究
航空发动机燃烧控制技术研究1. 引言航空发动机是飞机安全和效率的关键组成部分。
而燃烧控制技术则是确保航空发动机高效燃烧、降低污染排放、提高燃料利用率的重要手段。
本文将探讨航空发动机燃烧控制技术的相关研究。
2. 燃烧区域控制技术航空发动机燃烧区域控制技术主要包括燃烧器优化设计、燃烧过程模型等方面。
燃烧器优化设计方面，借助计算流体力学仿真模拟、实验数据采集以及机器学习等技术手段，研究人员可以对燃烧器结构进行精细化设计，优化混合和稳定燃烧过程，提高其可靠性和效率。
同时，构建燃烧过程模型，利用数值计算方法和神经网络等技术手段，可以更好地理解燃烧过程中的物理现象，实现燃烧过程的精准控制。
3. 火焰稳定性研究航空发动机稳定火焰的维持对其正常运行至关重要。
火焰稳定性研究主要集中在探讨火焰传播速度、火焰传播区域和火焰的抗扰动能力等方面。
实验室实验和计算流体力学模拟是常用的研究手段。
通过研究火焰的传播速度，研发人员可以了解燃烧过程中的响应速度，从而指导燃烧控制技术的改进。
同时，研究火焰传播区域可以确定燃烧器的设计参数，改善其工作范围。
另外，通过研究火焰的抗扰动能力，可以减小外界环境对燃烧过程的影响，提高火焰的稳定性。
4. NOx排放控制研究航空发动机燃烧过程中产生的氮氧化物（NOx）是环境污染的重要来源之一。
控制NOx排放是航空发动机燃烧控制技术研究的重要目标之一。
目前，主要的NOx控制技术包括低排放燃烧器设计、燃烧器喷嘴优化、引入再循环气等方法。
通过优化燃烧器设计，可以提高燃料的混合和燃烧效率，降低NOx排放。
燃烧器喷嘴优化则可以改善燃气的分布，减少燃气中氧气的浓度，降低NOx的生成。
引入再循环气可以稀释燃气，降低燃烧温度，减少NOx排放。
5. 燃烧控制系统研究航空发动机燃烧控制系统是保证燃烧过程稳定控制的核心组成部分。
燃烧控制系统研究主要包括燃烧参数测量、控制方法设计和系统优化等方面。
燃烧参数测量通过传感器等装置，实时监测燃烧过程中的关键参数，为控制系统提供准确的反馈。
(完整)燃烧学总复习 题
燃烧1、着火是指：燃料和氧化剂混合后，由无化学反应、缓慢的化学反应向稳定的强烈放热状态的过渡过程，最终在某个瞬间、空间中某个部分出现火焰的现象。
2、热自燃孕育期即为着火延迟期:它的直观意义是指可燃物质由可以反应到燃烧出现的一段时间，更确切的是在可燃物质已达到着火条件下，由初始状态到温度骤升的瞬间所需时间。
3、火焰传播是指：当混合气的某一局部点燃着火时，将形成一个薄层火焰面，火焰面产生的热量将加热临近层的可燃混合气，使其温度升高至着火燃烧，这样一层一层的着火燃烧，把燃烧逐渐扩展到整个可燃混合气的现象。
4、燃烧温度:燃料在炉内实际燃烧后烟气所达到的温度(有散热），它是在边燃烧边传热的情况下烟气达到的温度，在高度方向和炉膛截面的不同处，其燃烧温度是不相同的；此外还与燃烧完全程度及燃料是否热解有关。
5、理论燃烧温度(绝热燃烧温度):假定炉膛边界不传热（绝热系统)时，燃料完全燃烧(不完全燃烧热损失为零）时炉内烟气所能达到的最高温度(不等于1,燃料和空气均可预热）。
理论燃烧温度是燃料燃烧的一个重要指标,为某种燃料在某一燃烧条件下所能达到的最高温度，其对于炉内过程分析和热工计算都是一个极其重要的依据，对于燃料与燃烧条件的选择，温度水平的估计和炉内换热计算,都有实际意义。
6、理论发热温度:假定炉膛边界不传热(绝热系统）时，燃料完全燃烧（不完全燃烧热损失为零），燃料和空气均不预热时,空气消耗系数为1时，炉内烟气能达到的温度称为理论发热温度。
理论发热温度只和燃料性质有关，是从燃烧温度的角度评价燃料性质的一个指标。
7、均相燃烧：燃料和氧化剂的物态相同，如气体燃料在空气中的燃烧,燃料和氧化剂都是气体，属于同相燃烧。
8、异相燃烧:燃料和氧化的物态不同，如固体燃料在空气中的燃烧属于异相燃烧.9、动力燃烧：燃料与氧化剂混合时间远小于燃料与氧化剂的混合物为达到开始燃烧反应的温度时所需的加热时间和完成化学反应所需时间之和，扩散性能远远超过化学反应性能，燃烧速度取决于化学反应性能,而与扩散性能无关.此时，扩散性能很强，燃料表面有足够的氧气，阻碍燃烧的是不能迅速进行化学反应。
天然气烧嘴：预混气体中火焰传播和火焰稳定
天然气烧嘴：预混气体中火焰传播和火焰稳定预混气体，即在着火前将气态燃料和气态氧化剂以一定比例预先混合好的可燃混合气，它的燃烧过程实质上就是火焰在其中不断传播的过程。
一切可燃混合物的正常燃烧过程都是由着火和燃烧本身两个阶段所组成。
如果由于电火花或某一炽热物体使可燃混合气某一局部着火，形成一个薄层火焰面，则火焰面所产生的热量将加热邻近较冷的混合气层，使其温度升高着火燃烧。
这样一层一层地着火，把燃烧逐渐扩展到整个混合气，这种现象就称为火焰的传播。
实验证实，化学反应只在这薄薄的一层火焰面内进行，火焰将未燃气体与易燃气体分割开来。
因此，火焰传播的特征不是燃烧化学反应在整个混合气体内同时发生，而是集中在火焰面内并逐层进行。
预混气流的燃烧过程就是火焰的传播过程。
火焰在气流中以一定的速度向前传播，速度的大小取决于预混气体的物理化学性质与气流的流动状况、
根据气流流动状况，预混气流中的火焰传播可分为层流火焰传播（或称层流燃烧）和湍流火焰传播（或称湍流燃烧）。
讨论火焰传播现象产生、发展和传播条件以及影响传播速度的因素，将有助于工业上燃烧过程的强化和控制，并借以建立起关于燃烧过程的正确概念。
虽然在实际燃烧装置（如热力发动机的燃烧室和各种窑炉内），火焰都是在湍流气流中传播的，但是由于在层流气流中火焰传播的速度是可燃预混气体的基本物理化学特性参数，且与湍流中火焰传播速度密切相关，它是了解湍流中火焰传播的基础，也是探求燃烧过程机理的基础，因此有必要先讨论在层流中火焰的传播。
中威环保设备有限公司是一家经营燃气烧嘴、燃控系统及燃气窑炉设计、改造、新建工程项目公司。
我公司承接国内外大型燃气窑炉、回转窑、“煤改气” 工程项目。
1。
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。
热动燃烧学第08章 火焰稳定
• 层流火焰传播速度的定义为SL:
– SL=up+un
– up为火焰前沿法向移动的分速度
– un为可燃混合气在火焰前沿法向移动的分速度 – 如果火焰传播速度和可燃混合气的流动速度方向一致, 取负号;
反之取正号
3
• 一维火焰的稳定条件, 前提为:
• 因此实际火焰的稳定条件是:
– 必须保证火焰前沿各处的法向火焰传播速度等于可燃混合气 在火焰前沿法向的分速度
5
• §8-2 本生灯火焰的稳定
• 本生灯是实验室中产生预混火焰的装臵 • 本生灯的工作特性与工程上的低速燃烧装臵(喷射式无 焰烧嘴\家用煤气灶喷嘴等)有很多相似之处
• 按化学当量比混合的可燃气通过直管形喷嘴形成火焰,
• 例如:
– 如果某个扰动，使火焰离开A点向下游移动，只要处于ABCD 区域内，则火焰前沿必须逆向移动回复到A点而恢复平衡 – 反之，如因某个扰动使火焰前沿脱离A点向上游移动，则由于 上游处un > SL，因而火焰前沿将被气流带到A点，又恢复平衡
• 因此, 在一定条件下, 本生灯火焰可以在出口下游某一 位臵自行稳定下来
• 4-4截面：继续向下游4-4截面，此时空气的稀释作用更大， SL 分 布曲线进一步右移，以致整个截面上un >SL，使火焰前沿向下游移 14 动
• 将A、B、C、D联成一个封闭的区域，实际上是一个 旋转体，在该区域内均满足SL > un
– 由于ABCD旋转体的存在，保证了本生灯有一个固定的着火源 （点火环） – 一旦由于某种干扰破坏了平衡，它可以立即恢复到平衡状态
• 点火环的形成原因以及与着火\熄火的关系, 是分析本 生灯火焰稳定的基础
均压防灭火名词解释
均压防灭火名词解释均压防灭火是根据灭火区域内的可燃物数量，选择合理的火焰传播方向或正对着燃烧火焰布置均压管来达到灭火目的。
1、火焰稳定性：是指在炉膛负压下，通过均压管传播的气流速度分布和分配，保证炉膛出口烟气的火焰形状和强度稳定不变，使燃烧稳定进行的能力。
2、阻塞灭火：当锅炉发生故障时，产生强烈振动而将炉膛内的火焰顶出，或由于锅炉局部严重缺水，致使炉内液面波动，导致锅炉蒸汽空间的水柱上升，把火焰吹熄。
均压防灭火原理就是在每个灭火区域里安装一个均压管，将已经被扰乱的气流恢复到原有的均匀状态，从而保持烟道内始终处于正常状态的风量，确保炉膛火焰能够持续燃烧，这样既能保证锅炉的安全运行，又能避免因炉膛火焰不稳定引起的爆燃。
3、减弱火焰稳定性：当烟道堵塞和除尘不良时，排烟温度急剧升高，甚至达到着火点。
因此，可采用烟气低速通过烟道时，炉膛温度降低的措施，以改善炉膛的火焰稳定性。
4、均压防灭火：根据灭火区域内的可燃物数量，选择合理的火焰传播方向或正对着燃烧火焰布置均压管来达到灭火目的。
灭火区域为多层平铺水冷壁组成的大容积、大面积火焰。
由于着火的水冷壁与炉膛相连，该区域灭火应有利于尽快扑灭着火区域内的火焰。
为此，将供给燃烧区的燃料与给水分开，可以防止一次风管出口火焰烧毁尾部受热面。
这种灭火法适用于高中压及亚临界压力的火焰区域。
均压管布置在锅炉的同时及其前后方向，灭火的操作要求相同。
为了防止灭火后部件水冷壁因过度冷却而损坏，在部件出口部分设置均压管。
均压管与风帽用焊接连接。
灭火后期的降温措施主要有两个：（ 1）火焰探测器的灵敏度提高；（ 2）受热面出口水冷壁的进水量和冷却水量相应增加，以防止水冷壁超温。
在采取这些措施时，应注意以下几点：①冷却水量应比正常情况小，以维持适宜的水循环量。
②冷却水出口温度不宜太高，以减少出口壁温。
③均压管两侧的温差应不超过50 ℃。
④供水压力应保证一定的流量。
⑤应对火焰区域的上部有一定长度的水冷壁进行隔热。
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
燃烧器火焰的稳定性.doc
燃烧器火焰的稳定性对于预混式燃料气喷嘴，燃料气和空气的混合物从火孔喷出并被点燃后，不一定都能形成稳定的火焰。
当流速很低时，火焰可能逆流传播进火孔，使燃烧在喷嘴内进行。
这种现象称为回火。
当流速很高或 :;很大时，火焰将被吹离喷头，后面随之而流出的燃料气和空气混合物根本不能着火。
这种现象称为脱火或吹熄。
嫩料气和空气混合物自火孔喷出时，其射流截面上的流速分布是中心高，四周低。
而火焰传播速度都是均匀的 (只有在靠近壁面的淬熄距离内火焰传播速度为零 )，有些地方混合物的流速正好等于火焰传播速度，那里就形成一个固定的火焰锋面，即作为整个火焰策源的所谓点火环。
只有在这种情况下火焰才是稳定的。
当天然气和空气混合物以层流状态自火孔喷出时，其火焰特性如图7-5 所示。
从该图可以看出，α1≈1时，火焰稳定区域并不宽，尤其当。
α1>1 时，稳定区域更加狭窄。
当α1 略低于 0.75 时，火焰的稳定区域比较宽阔，运行比较可靠。
当αt=0 时，形成扩散火焰，它不可能回火，也不易脱火，火焰极为稳定。
管式炉上使用的气体燃烧器，燃料气和空气混合物在火孔出口处一般都处于流速很高的湍流状态，其流速远远超过上述层流状态的脱火区边界。
虽然湍流火焰传播速度比层流的高得多，但仍需采取适当措施来防止火焰脱火。
常用的措施有：（1）使燃烧在燃烧道内进行。
至少在火焰根部设置然烧道。
炽热的燃烧道耐火材料将连续地对可燃混合物进行强迫点燃。
(2)采用α1 较低的半预混燃烧器，可以得到较稳定的火焰。
(3)采用多火孔互相交叉喷射，各火孔火焰可互相强迫点燃，保证火焰的稳定性。
(4)缩短燃料气和空气的预混合段长度，有意使其浓度场不均匀，则有些地方燃料气浓度稍高，出现局部区域具有较低α1 的工况，可改善火焰稳定性。
(5)采用凹凸不平的燃烧道壁面或火焰附墙壁面，以便产生涡流和回流，使热烟气回流作为强迫点燃的热源。
(6)在靠近火孔处的燃烧道不采用平缓过渡而采用截面突然扩大的办法，造成死角，以便形成较大的死滞旋涡区，使热烟气回流。
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选定燃料的火焰速度计算公式
往复式内燃机和燃气轮机在典型温度和压力下的经验 公式：
参考温度下：uL,ref BM B2 ( M )2
T 350 K 时：uL uL,ref T / Tref P / Pref (1 2.1Ydil )
式中： 参考状态指： Tref 298 K、Pref 1atm
dT 2 Tm WQdT
dx C Ti
dT dx
p
uL
0Cp Ti
T0
则求得传播速度为： uL
2 Tm WQdT Ti
02CP2 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 WdT 0
例题：针对下述几种工况，对汽油－空气混合物在 0.8
下的层流火焰速度进行比较： （1）参考状态：Tref 298 K、Pref 1atm （2）典型的电火化点火的条件，即：T 685K, P 18.38atm （3）条件与（2）相当，但有15％的废气回流量。
影响火焰传播速度的因素
T0
Tm WdT Tm WdT
Ti
T0
因为反应区温度变化不大: Ti T0 Tm T0
Tm WQdT Q Tm WdT QW
Ti Ti T0
T0 Tm T0
火焰传播速度为：
uL
2QW
02CP2 Tm T0
dT dx
d
dx
dT dx
WQ
d 2T dx2
WQ
0
边界条件：
x ,T
Tm
,
dT dx
0; x p ,T
Ti
积分后： dT 2 Tm WQdT
dx C Ti
层流火焰传播速度uL表达式（2）
拐点处：
dT dT dx P dx C
层流火焰 湍流火焰
火焰前沿（前锋、波前）
新鲜混气
•发光的火焰层，化 学反应区
火 已焰
前 燃沿
•已燃的区域和未燃 的区域之间形成的分 界线
气
•特征尺寸极薄，可看
成几何面
火焰的传播速度
火焰的传播速度： 火焰前锋沿其
法线方向相对于新 鲜混合气移动的速 度。
已燃气
未燃气 n
dn
平面火焰的传播方式
正常火焰传播速度（缓焰波）
燃烧前沿的导热微分方程
能量微分方程为：
0uLC p
dT dx
d
dx
dT dx
WQ
对于绝热条件，火焰面的边界条件为
x ,T
T0 ,
dT dx
0
x ,T
Tm
,
dT dx
0
层流火焰传播速度uL表达式（1）
•泽尔多维奇和弗朗克-卡门涅茨基的分区近似解
在预热区：反应速度W近似为零
燃料、氧化剂性质及其混合比 压力 初始温度 添加剂
燃料、氧化剂性质及其混合比影响
燃料种类— 火焰传播速度不同是由于燃料 的热物理性质和化学反应性质不同造成。
常用燃料层流时的火焰传播速度（α=1） 甲烷 乙烷 丙烷 丁烷 乙烯 氢气 CO 人工煤气
0.43～ 0.487 0.472 0.453 0.79 3.45- 0.175
BM
、B2、
：由燃料类型确定的常数；
M
：当量比；
Ydil：稀释剂的浓度
2.18 0.8( 1)
0.16 0.22( 1)
燃料
M
甲醇
1.1
丙烷
1.08
异辛烷
1.13
RMFD-303 1.13
BM
(cm/s) 36.92 34.22 26.32 27.58
B2 (cm/s) -140.51 -138.65 -84.72 -78.34
火焰前锋
燃烧产物
预混气
不正常火焰传播（爆震波）
多个火焰中心
爆震波火焰前锋
电
点
火
层流火焰传播理论
层流火焰传播理论分为：
热力理论:火焰传播过程主要是由于反应区
向预热区的热量交换的传热过程。
扩散理论:火焰传播过程取决于活性中心浓
度的扩散过程。 实际中两种机制同时起作用。
火焰结构及其特征
火焰前锋驻定
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 uL
在固定火焰、稳定燃烧条件下：
导入热量 获得热焓量
QD
Tm
L
T0
/ A
Qh uL A0CP (Tm T 0)
Q A t
Q mC pt
火焰传播速度
uL
a
W
a
0CP
火
焰
u0=uLT 0 m,Cf,0
up,Tm p
结 构
Cf,0
p
c
及
Tm
参
Ti
数
分
Cf0→0
布
T0
示
w
意
图
-x
i
+x
火焰结构及其特征
火焰前沿分两个区：物理预热区和化学反 应区
前沿厚度很小，但温度梯度和浓度梯度很 大，存在强烈的热传导和物质扩散
火焰前沿在预混气中移动，是由于反应区 放出热量不断向新鲜混合气传递及新鲜混 合气不断向反应区中扩散。
0 0 20 40 60
1.0
0.45
3.57 -0.19
燃料浓度的影响
280
•火焰传播只发生在一定
浓度界限内,燃料气过贫
240
或过富，火焰都无法传播。 200 在火焰传播浓度界限之外，
传播速度等于零。
160
• 两者都在化学恰当比浓 uL 120
度XFS附近达到最大火焰
80
传播速度。
40
H2/空气 CO/O2
•氢气预混气比一氧化碳 预混气的火焰传播浓度界 限要窄得多。
0uLC p
dT dx
d
dx
dT dx
边界条件：x ,T
T0
,
dT dx
0
x p ,T Ti
积分后：
dT dx
p
uL
0Cp Ti
T0
层流火焰传播速度uL表达式（2）
• 在反应区：反应区温度升高所消耗的能量 近似为零
0uLC p
火焰分类
基本概念
按火焰面位置：移动火焰和驻定火焰
移
预混合火焰锥体
移动火焰
按预混气流动状态：层流火焰和湍流火焰
层流火焰——火焰面通过热 传导和分子扩散把热量和活 性中心提供给临近尚未燃烧 的预混气体薄层，使火焰传 播下去。
湍流火焰——火焰面的热量 和活性中心向未燃混合气输 运是依靠流体的涡团运动来 激发和强化，受流体运动状 态支配。