火焰传播速度的通俗讲解
燃烧理论第四讲火焰传播理论
其边界条件是
x ,T
T0
,
dT dx
0
假定Ti是预热区和反应区交界处(温度曲线曲率变化点)的温度， 从T0到Ti进行积分，
(下标“I”表示预热区)
0 Sn Cp
Ti
T0
dT dx
I
反应区的能量方程为
d2 y dx2
wQ
0
其边界条件是
x 0,T Ti ;
dT x ,T Tm , dx 0
传播速度。
尚于缺几少乎完不全可符能合得到Sn定严义格的的测平定面方状法火。焰精面确。测量Sn的困难在 测定Sn的实验方法，一般可归纳为静力法和动力法两类。 （一）、静力法测定Sn
度Sn(或称层流火焰传播速度Sl，或正常火焰传播速度)，简
称火焰传播速度。未燃气体与已燃气体之间的分界面即为 火焰锋面，或称火焰面。
静止均匀混合气体 中的火焰传播
流管中的火焰锋面
取一根水平管子，一端封住，另一端敞开，管内充满可燃 混合气。点火后，火焰面以一定的速度向未燃方面移动， 由于管壁的摩擦和向外的热量损失、气体的粘性、热气体 产生的浮力，使其成为倾斜的弯曲焰面。
乘式
2
dT dx
d dx
dT dx
2
2
dT dx
d 2T dx2
后积分（下标“Ⅱ”表示反应区）
dT dx
2
Tm wQdT
Ti
dT dx
I
dT dx
Sn
2 Tm wQdT Ti
02Cp2 Ti T0 2
Ti为未知，进一步变换可得
Sn
2 Tm wQdT T0
02Cp2 Tm T0 2
湍流火焰模型
(a)小尺度湍流；(b)、(c)大尺度湍流； (d)容积湍流燃烧
5.1层流火焰传播机理和传播速度
层流火焰介绍
《航空发动机燃烧学》
西北工业大学 航空发动机燃烧学课程组
CONTENTS
- 2 -
1 燃烧分类 2 层流预混火焰 3 一维层流预混火焰的基本机理 4 一维层流预混火焰的结构 5 层流预混火焰的传播速度
1
燃烧分类
预混燃烧
Premixed combustion
- 3 -
气体燃料 和氧化剂 是否预先 混合
mw f ,u ( hR ) mc p (Ti Tu ) w f ,u ( hR ) c p (Ti Tu ) 或 hR c（ p Ti Tu） w f ,u
- 15 -
火焰面控制体
1/ 2
2hR Su DT RR u c p (Ti Tu )
3
一维层流预混火焰的基本机理
层流预混火焰热理论
- 7 -
p r
预热区
一维层流预混火焰 反应区
4
一维层流预混火焰的结构
- 8 -
Le 1
拐点Ti
一维层流预混火焰结构
绝热管，传播速度n 火焰前锋为平面，与管轴线垂直 燃烧过程中，系统压力和物质的量、 混合物的定压比热容和导热系数保 持不变，且路易斯数 。 两个区域——预热区和反应区。在 预热区内忽略化学反应的影响，在 化学反应区忽略混气本身热焓的增 加（即认为着火温度与绝热火焰温 度近似相等）——分区思想。 火焰传播取决于反应区放热及其向 新鲜混气的热传导。
5
层流预混火焰的传播速度
对于一维带化学反应的定常层流流动基本方程为：
连续方程 动量方程 能量方程
- 9 -
uu u Su m
火焰传播与燃烧反应速度
火焰传播与燃烧反应速度火焰是自然界中一种重要而独特的现象，它将燃烧反应通过火焰传播的形式展现出来。
火焰传播的速度是一个关键的参数，它不仅与燃烧反应速度有关，还受到燃料类型、温度、压力等因素的影响。
本文将探讨火焰传播和燃烧反应速度之间的关系，以及一些影响火焰传播速度的因素。
火焰传播是燃烧过程中热能通过气体传递的结果。
燃烧反应是一种氧化还原反应，也就是氧化剂与燃料发生反应释放能量的过程。
火焰传播的速度取决于燃烧反应速度和传热速度。
燃烧反应速度是火焰扩展的关键因素，它是指单位时间内反应物所消耗或生成的物质的量。
燃烧反应速度受到物质浓度、温度、催化剂等因素的影响。
当反应物浓度越高，燃烧反应速度越快；当温度越高，分子的活动性越大，燃烧反应速度也越快。
然而，火焰传播速度不仅仅取决于燃烧反应速度，还与传热速度密切相关。
传热速度是指热量在物质中传递的速度。
它可以通过对流、导热和辐射等方式进行传递。
对流是一种通过流动介质传递热量的方式，典型的例子是空气对流传热。
导热是指热量通过介质分子间的碰撞传递。
辐射是指热辐射通过电磁波传递热量。
当火焰传播时，传热速度决定了火焰扩展的速度。
除了燃烧反应速度和传热速度外，火焰传播速度还受到燃料类型、温度、压力等因素的影响。
不同的燃料具有不同的化学特性，燃烧反应速度也不同。
例如，木材燃烧速度相对较慢，而液体燃料如汽油燃烧速度较快。
燃料的物理状态也会对火焰传播速度产生影响，固态燃料传热速度相对较慢，而气态燃料传热速度相对较快。
温度和压力对火焰传播速度也有很大影响。
随着温度的升高，物质的活动性增加，反应速度也会加快。
当压力增加时，分子之间的碰撞频率增加，火焰传播速度也会增加。
有鉴于此，一些特殊情况下，如高温气体中的火焰传播速度更为迅速。
火灾是一种重大的安全隐患，对于火灾的防控措施，火焰传播速度的研究是至关重要的。
通过了解火焰传播与燃烧反应速度之间的关系，可以更好地预测火灾的发展情况，提前采取有效的措施进行灭火和疏散行动。
火焰传播和爆炸动力学的数学模型
火焰传播和爆炸动力学的数学模型火焰传播和爆炸动力学是研究火灾和爆炸现象的重要领域，对于预防和控制火灾爆炸事故具有重要意义。
在过去的几十年里，科学家们通过实验和数学模型的研究，取得了一系列重要的成果。
本文将介绍火焰传播和爆炸动力学的数学模型及其应用。
火焰传播是指火焰在燃烧过程中的传播行为。
火焰传播的数学模型主要包括火焰结构模型和火焰传播速度模型。
火焰结构模型描述了火焰的内部结构和物理过程，常用的模型有层流火焰模型和湍流火焰模型。
层流火焰模型假设火焰中的燃烧是层流的，通过对质量、能量和动量守恒方程的求解，可以得到火焰的温度、速度和浓度分布。
湍流火焰模型考虑了火焰中的湍流现象，通过引入湍流模型，可以更准确地描述火焰的结构和传播行为。
火焰传播速度模型描述了火焰在燃烧过程中的传播速度。
火焰传播速度受到多种因素的影响，包括燃料特性、氧浓度、温度和压力等。
常用的火焰传播速度模型有层流火焰传播速度模型和湍流火焰传播速度模型。
层流火焰传播速度模型基于火焰结构模型，通过对火焰传播速度的定义和质量守恒方程的求解，可以得到火焰传播速度的表达式。
湍流火焰传播速度模型考虑了湍流现象对火焰传播的影响，通过引入湍流模型和湍流燃烧模型，可以更准确地描述火焰传播速度的变化规律。
爆炸动力学是研究爆炸现象的力学原理和数学模型。
爆炸动力学的数学模型主要包括爆炸波传播模型和爆炸产生的冲击波模型。
爆炸波传播模型描述了爆炸波在介质中的传播行为，常用的模型有理想爆炸气体模型和非理想爆炸气体模型。
理想爆炸气体模型假设爆炸气体是理想气体，通过对爆炸波的定义和连续介质力学方程的求解，可以得到爆炸波的传播速度和压力分布。
非理想爆炸气体模型考虑了爆炸气体的非理想性，通过引入状态方程和热力学参数，可以更准确地描述爆炸波的传播行为。
爆炸产生的冲击波模型描述了爆炸产生的冲击波在介质中的传播行为，常用的模型有爆轰波模型和冲击波传播模型。
爆轰波模型假设爆炸产生的冲击波是爆轰波，通过对爆轰波的定义和连续介质力学方程的求解，可以得到冲击波的传播速度和压力分布。
火焰传播速度的通俗讲解
火焰传播速度的通俗讲解一、火焰传播速度1. 定义：火焰传播速度是指火焰前锋沿其法线方向相对于未燃可燃混合气的推进速度。
火焰传播速度表征了进行燃烧过程的火焰前锋在空间的移动速度（360百科）的燃烧速度。
2. 解释：其实将火焰传播速度，限定在未燃可燃混合气太局限了，把其定义为火焰在燃烧物表面移动速度（定义2），就容易理解的多。
如图：现在换一种物质很明显燃烧物不同，火焰的的传播速度不同，同样草坪的干湿、荗密程度也会影响到火焰的传播速度，有哪些因素影响火焰传播速度，有关这些我们留待后面再谈，我们现在的着重点是准确的理解火焰传播速度这个概念，我们讨论了处于静态的可燃物的火焰传播速度，现在我们看下处于运动中的可燃物的火焰传播速度：如图，有一股流动着燃气流（也可是我们的煤粉流）m，我们先假设它相对静止，注意仅仅是假设，当我们在这股气流的端点用明火点燃，燃气流m1经过2秒达到B处，如果AB距离是3米，我们就说火焰传播速度是1.5米/秒，燃汽流m2经过2秒到达C处，如AC间的距离是4.80米，我们就说它的火焰传播速度是2.4米/秒。
很明显，因为燃气流总是流动的，而且流速是可变的多样的，我们的燃汽流不动只是为使这个概念更加直观，那么处在流动中的燃汽又有什么变化？我们假设燃汽流以2米/秒同样的速度向前移动，当燃烧经过2秒，燃气流m1的B点的介质实际上到达了B1的位置，而且燃气流m2的c点只到达c1点的位置，B1和C1是火焰的实际位置。
很明显m1燃气流经过2秒的燃烧，火焰前锋从A处，进到了B1处，前移了1米，而m2燃气流的火焰前锋则落到C1处，落后了0.8米，这就是说如果燃料的流动速度高于将使火焰不断前移，最后的结果是熄火；如果燃料的流动速度低于火焰传播速度，将形成回火。
【品味一下气割的割枪和气体打火机的的现象】，【燃烧稳定的条件是：火焰的传播速度等于燃料的流动速度】，有关进一步的原因，我们后面再说，现在我们的主要任务是通过一个动静结合的演示，进步牢固在燃料速度与火焰传播速度不一致时，火焰确实会出现向前或向后移动。
燃烧流体力学研究中的火焰速度分析
燃烧流体力学研究中的火焰速度分析引言燃烧是一种常见的物理现象，涉及到能量转化和物质变化。
在许多领域中，对火焰速度进行准确的分析和研究非常重要。
在燃烧流体力学研究中，火焰速度是一个关键参数，它描述了燃烧过程中火焰前进的速度。
本文将对火焰速度的分析进行探讨，并介绍在燃烧流体力学研究中常用的方法和工具。
火焰速度的定义火焰速度是指火焰前进的速度，通常用单位时间内火焰穿过的距离来表示。
可以通过实验或数值模拟的方法来测量或计算火焰速度。
火焰速度受到许多因素的影响，包括燃料的种类和浓度、氧浓度、温度和压力等。
燃烧模型和火焰速度在燃烧流体力学研究中，常常使用不同的燃烧模型来描述火焰的行为。
其中一个常用的模型是层流预混燃烧模型。
在这个模型中，燃料和氧气在燃烧前已经混合在一起形成一个预混合气体。
火焰的传播速度可以通过热扩散和质量扩散的作用来解释。
另一个常用的模型是湍流燃烧模型，它描述了火焰在湍流环境中的传播速度。
湍流燃烧模型通常包括更复杂的物理和化学过程，如湍流运动和化学反应。
火焰速度的测量方法火焰速度的测量可以通过实验或数值模拟来进行。
实验测量方法包括火焰传播实验和高速摄像实验。
火焰传播实验可以通过在一个闭合的容器中点燃燃料混合物，并测量火焰前进的距离来进行。
高速摄像实验可以通过使用高速摄像仪记录火焰传播的过程，并根据图像数据计算出火焰速度。
数值模拟方法包括使用计算流体力学（CFD）软件进行模拟和使用化学动力学模型进行计算。
CFD模拟可以通过数值求解流体力学方程和燃烧方程来得到火焰速度的分布。
化学动力学模型可以通过求解燃烧反应的速率方程来计算火焰速度。
火焰速度的影响因素火焰速度受到许多因素的影响，下面将介绍一些重要的影响因素：燃料种类和浓度不同燃料的燃烧特性不同，因此其火焰速度也会有所差异。
燃料浓度对火焰速度也有显著影响，通常情况下，燃料浓度越高，火焰速度也会越快。
氧浓度氧浓度是火焰燃烧所必需的，对火焰速度有着重要的影响。
燃烧理论第四讲火焰传播理论
湍流火焰模型
(a)小尺度湍流；(b)、(c)大尺度湍流； (d)容积湍流燃烧
1—燃烧产物；2—新鲜混气；3—部分燃尽气体
三、层流火焰传播速度的测定
层流火焰传播速度不能用精确的理论公式来计算。通常是
依值靠，实有验时方也法可测依得照单经一验燃公气式或和混实合验燃数气据在计一算定混条合件气下的的火焰Sn
传播速度。
尚于缺几少乎完不全可符能合得到Sn定严义格的的测平定面方状法火。焰精面确。测量Sn的困难在 测定Sn的实验方法，一般可归纳为静力法和动力法两类。 （一）、静力法测定Sn
1、管子法 静力法中最直观的方法是常用的管子法，测定时，用电影 摄影机摄下火焰面移动的照片，已知胶片走动的速度和影
与实物的转换的比例，就可算出可见火焰传播速度Sv。在
管径越大，管壁散热对火焰传播 速度的影响越小，如焰面不发生 皱曲，则随着管径的增大火焰传
播但速实度际上上升管，径并增趋大向时于焰极面限要值发生Sn。
皱曲。管径越大，焰面皱曲越烈
，升因。而Sv值随管径的增加而不断上
当管径小到某一极限值时，向管 壁的散热大到火焰无法传播的程
度。，临这界时直的径管在径工称程为上临是界有直意径义的dc
，可利用孔径小于临界直径值的 金属网制止火焰通过。
图2-22 火焰传播速度与管径 的关系
管子法测得的可见火焰传播速度与燃气空气混
合物成分的关系(d=25.4mm)
l—氢；2—水煤气；3—一氧化碳；4—乙烯；5—炼焦煤气；6—乙烷 ；7—甲烷；8—高压富氧化煤气
2、皂泡法
将已知成分的可燃均匀混合气注入皂泡中，再在中心用电 点火化点燃中心部分的混合气，形成的火焰面能自由传播 (气体可自由膨胀)，在不同时间间隔出现半径不同的球状 焰面。用光学方法测量皂泡起始半径和膨胀后的半径，以 及相应焰面之间的时间间隔。即可计算得火焰传播速度。
火焰传播速度
结果
sl
0cp (Tb
T0 )
2 Tr wqdT
Tb
2
Tr wqdT
02c
2 p
(Tb
T0
)2
Tb
sl
2 Tr wqdT T0
02c
2 p
(Tr
Tws0q (T0 )n 0cp (Tr T0 ) Tr
exp[
E R
1 ( Tr
1 )] T0
火焰传播的精确解法
• 由董道义所建立的精确解法，是对层流火 焰基本方程直接进行精确求解。
• 层流火焰传播方程为：
0Slcp
dT dx
能量方程 扩散方程
d dx
(
dT dx
) cPu
dT dx
Qw
0
d (D dfs ) u dfs w 0
dx dx
dx
层流火焰传播方程
d dx
(
dT dx
) cPSl
dT dx
Qw
0
火焰正常扩张的理论
• 用于简化近似分析的热理论 • 捷尔道维奇等的分区近似解法 • 火焰传播的精确解法 • Tanford等的扩散理论 • 层流火焰问题的数值求解方法
气体
浓度下限%
氢 H2 一氧化碳 CO
甲烷 CH4 乙炔 C2H2 乙烯 C2H4
6.5 16.3 6.3 3.5 4.0
浓度上限%
65.2 70.9 11.9 52.3 14.0
第四章 燃气燃烧的火焰传播火焰的传播方式法向火焰传播速度的测
（2）激光测速法
激光测速的基本原理是利用光学多普勒效应， 当一束激光照射到流体中跟随一起运动的微粒上时， 激光被运动着的微粒所散射，散射光的频率和入射 光的频率相比较，就会产生一个与微粒运动速度成 正比的频率偏移。如果测得频率偏移，就可换算成 速度。因为微粒速度与流体速度相同，所以即可得 到流场中某一测点的流速。
第一节 火焰的传播方式
火焰的传播有三种形式： ✓ 正常的火焰传播 ✓ 爆炸 ✓ 爆燃
正常的火焰传播
❖ 正常的火焰传播指的是仅由于热作用，高 温焰面将热量传给未燃气体，并使其着火燃 烧的火焰传播过程。
容器 已燃气
火焰前锋
O·
未燃气
火焰前锋厚度一般约为10-3m
爆炸
❖ 物质由一种状态迅速转变成另一种状态， 并在瞬间以声、光、热、机械功等形式放出 大量能量的现象叫做爆炸。
第二节 火焰传播速度及测定
❖ 燃气作正常燃烧时，这种静止的可燃气体焰 面的移动过程就是火焰的传播过程，也称燃烧 过程；焰面移动的速度叫燃烧速度，又称火焰 传播速度。垂直于燃烧焰面的火焰传播速度称 为法向火焰传播速度。
火焰传播速度的测定方法：
困难一：不容易获得一个稳定的平面火焰 困难二：确定火焰前沿
表4-1 燃气与空气混合物的最大燃烧速度
(二)皂泡法
❖ 将可燃混合气注入皂泡中，再点燃中心部分的 混合气，不同时间间隔出现半径不同的球状焰。 用光学方法测量皂泡起始半径R0和膨胀后的半径 RB，以及相应焰面之间的时间间隔，即可计算得 火焰传播速度。
（4－15）
(三)球形炸弹法
❖ 球弹中可燃混合气点燃后火焰扩散时其内部压力 逐步升高。根据记录的压力变化和球状焰面的尺寸， 可算得火焰传播速度。
四、压力的影响
火焰传播
• 本生灯的预混合火焰
• 死区－管口壁的激冷淬熄面散热所致。
• 外悬－由于死区的存在带来的质扩散。
• 顶圆－产物的集中区、高温区，火焰面本能向来流
•
方向运动。
• 本生灯的扩散火焰 • 内悬：管口壁的激冷效应。 • 火焰传播速度慢：先扩散、混合，在浓度适中处燃烧。
火焰传播速度测试方法
喷灯法
考虑火焰厚度时
本生灯火焰
本生灯火焰相关概念
火焰行进速度：目测者观看到的火焰锋面的位移 速度。
火焰传播速度（燃烧速度）：沿共法线方向相对 于来流的速度 。
定置火焰：火焰锋面在空间静止不动。 行进火焰：火焰锋面在空间行进。 脱火 回火
• 预混火焰：呈淡蓝色的火焰锥。伴有燃烧噪声， • 扩散火焰：呈黄红色，火炬状，伴有黑烟。
缓燃波
•爆震时，燃烧速度极快，远大于外 界的各种干扰速度，干扰速度可以忽 略。 •缓燃时，燃烧速度相对慢，必须考 虑（或排除）干扰速度。
一维火焰
跨越火焰面的压差为：（ Raleigh方程）
Ps Pf
u2 2
ss
(
1
f
1)
s
在火焰锋面处被加热膨胀
∵ sus f u f const
∴混合气在火焰面处必须加速 。
uCP
dT dx
B.C：x xw ，T Tw
；x x
，T T
；dT 0
dx
积分得：
dT dx
w
uCP
Tw
T
dT
因为
dx w Tw T
f
f
uLeabharlann 积分 边界条件反应区能量方程
d 2T dx2
WF
1
dT
第四章 燃气燃烧的火焰传播火焰的传播方式法向火焰传播速度的测
静力法
让可燃混合气体在管子里点燃。根据从 一端燃烧到另一端的长度及时间，可以计 算出燃烧速度。这种测量方法叫静力法。
❖ (一)管子法
静力法中最直观的方法是常用的管子法，所用仪 器如图所示
❖ 管中充满可燃混合物，一端封闭，另一端与装有惰 性气体的容器4相连。
❖ 测定Sn时，打开阀门2，并用火花点火器3点燃混合 物。
混合气体爆炸
❖ 可燃气体或蒸汽与空气按一定比例均匀 混合，而后点燃，因为气体扩散过程在燃烧 以前已经完成，燃烧速率将只取决于化学反 应速率。
爆燃
❖ 可燃气体与空气的混合物由火源点燃， 火焰立即从火源处以不断扩大的同心球的形 式自动扩展到混合物存在的全部空间，这种 以热传导方式自动在空间传播的燃烧现象称 为爆燃。
表4-1 燃气与空气混合物的最大燃烧速度
(二)皂泡法
❖ 将可燃混合气注入皂泡中，再点燃中心部分的 混合气，不同时间间隔出现半径不同的球状焰。 用光学方法测量皂泡起始半径R0和膨胀后的半径 RB，以及相应焰面之间的时间间隔，即可计算得 火焰传播速度。
（4－15）
(三)球形炸弹法
❖ 球弹中可燃混合气点燃后火焰扩散时其内部压力 逐步升高。根据记录的压力变化和球状焰面的尺寸， 可算得火焰传播速度。
第四章 燃气燃烧的火焰传播
火焰的传播方式 法向火焰传播速度的测定 法向火焰传播速度的影响因素 火焰传播浓度极限概念和影响因素 紊流火焰的传播特点
火焰的传播的概念
❖ 焰面不断向未燃气体方向移动，使每层气体都相继 经历加热、着火和燃烧的过程，从而把燃烧扩展到 整个混合气体中去，这种现象称为火焰的传播。
（2）激光测速法
激光测速的基本原理是利用光学多普勒效应， 当一束激光照射到流体中跟随一起运动的微粒上时， 激光被运动着的微粒所散射，散射光的频率和入射 光的频率相比较，就会产生一个与微粒运动速度成 正比的频率偏移。如果测得频率偏移，就可换算成 速度。因为微粒速度与流体速度相同，所以即可得 到流场中某一测点的流速。
火焰传播与火灾蔓延机理
针对不同类型和规模的火灾场景 ，研究开发针对性的灭火技术和
装备，以满足实际灭火需求。
加强灭火技术的推广和应用，提 高消防队伍的灭火能力，确保在 火灾发生时能够迅速有效地控制
火势。
提高公众的火灾防范意识与应急能力
加强火灾防范宣传教育，提高公众对火灾危害的认识和预防意识，培养 良好的安全习惯。
抑制法
通过使用灭火剂，抑制火 焰燃烧过程中的化学反应 ，从而达到扑灭火灾的效 果。
冷却法
通过降低火焰温度，使火 焰熄灭。常见的方法是使 用水灭火器或灭火水枪。
火灾防控策略与措施
建立完善的消防安全管理制度
制定消防安全规定，明确各级消防安全责任，定期进行消防安全检查 和评估。
提高消防安全意识
开展消防安全宣传教育活动，提高员工和居民的消防安全意识和自救 能力。
开展火灾蔓延的数值模拟研究，通过建立更精确的数学模型和计算方法，提高对火 灾蔓延过程预测的准确性和可靠性。
针对不同环境和条件下的火灾蔓延特性进行实验研究，以揭示不同因素对火焰传播 和火灾蔓延的影响。
新型灭火技术的研发与应用
研发高效、环保、安全的灭火技 术，如新型气体灭火剂、细水雾 灭火系统等，以提高灭火效率并
火焰传播过程中，可燃物与氧气发生化学反应，释放出热量和
光亮，推动火焰向前传播。
火焰传播速度及其影响因素
火焰传播速度
火焰传播速度是指火焰前 1
锋在单位时间内移动的距 离。
抑制火焰传播
4
某些因素可以抑制火焰传 播，例如降低温度、增加 氧气浓度和稀释燃料等。
影响因素
火焰传播速度受到多种因
2
素的影响，包括燃料种类
、氧气浓度、温度、压力
火焰传播速度的概念和性质
火焰传播速度的概念和性质火焰传播速度是指火焰燃烧蔓延的速度，也可以称为火焰速度。
在火灾中，火焰传播速度的快慢直接影响到火势发展的情况，对于火灾的蔓延范围和破坏程度有着重要的影响。
火焰传播速度的性质涉及到火焰的物理和化学特性，下面将从这两个方面详细探讨火焰传播速度的概念和性质。
首先，从物理特性角度来看，火焰传播速度与燃料和空气的混合情况密切相关。
燃料是火焰燃烧的重要组成部分，不同种类的燃料燃烧产生的火焰传播速度也会有所不同。
常见的燃料包括固体、液体和气体。
固体燃料的火焰传播速度较慢，这是因为固体燃料通常需要先转化为气体才能燃烧。
液体的火焰传播速度较固体快，这是因为液体燃料燃烧时有利于氧气和燃料分子的混合。
气体燃料的火焰传播速度最快，因为气体燃料本身已经是气体形态，易于与空气中的氧气混合并燃烧。
空气中的氧气浓度也是影响火焰传播速度的重要因素。
空气中氧气浓度越高，火焰燃烧时的氧供应就越充足，火焰传播速度也就越快。
当空气中氧气浓度低于燃料所需的最低浓度时，火焰将无法维持，因此空气中的氧气浓度对于火焰传播速度来说是一个关键因素。
其次，从化学特性角度来看，火焰传播速度受到燃烧反应速率的影响。
在火焰燃烧过程中，燃料和氧气发生化学反应，生成燃烧产物和释放热能。
这个化学反应的速率决定了火焰传播速度的快慢。
火焰传播速度的快慢还与火焰的传播方式有关。
火焰传播方式通常有三种，分别为辐射、对流和传导。
辐射传播是指通过热辐射将热能传递给周围的物体，这种方式下火焰传播速度较快。
对流传播是指火焰热气体的膨胀和上升造成的，这种方式下火焰传播速度一般较慢。
传导传播是指火焰通过材料的导热性质传递热能，这种方式下火焰传播速度相对较慢。
除了以上的物理和化学特性，火焰传播速度还受到其他外部条件的影响，比如温度、湿度等。
温度的增加通常会加速火焰传播速度，因为高温会提高燃烧反应的速率。
湿度的增加则会减慢火焰传播速度，因为湿度会降低燃料和氧气的混合程度，影响到燃烧反应的进行。
第04章 燃气燃烧的火焰传播
第二节 法向火焰传播速度的测定
（三）其他方法 （1）颗粒示踪法 • 基本原理：在可燃混合物中掺入既能发 光、又不会引起化学反应的物质，根据 这些颗粒的运动轨迹照片确定气流的速 度和方向，计算颗粒在气流中的速度。 • 该方法过于复杂，不适于作为经常使用 的Sn测定方法。但该方法证实了Sn为一 名符其实的物理常数。
2
• • • • •
第一节 火焰传播的理论基础
一、火焰传播机理
火焰传播仅是由 于传热的作用， 炙热的焰面将热 量传给未燃气 体，使其着火燃 烧，依次传播到 整个体积。
• 法向火焰传播速度Sn：火焰焰面的移动 速度称为法向火焰传播速度。
3
第一节 火焰传播的理论基础
• 火焰的传播方式 ¾ 正常火焰传播 ¾ 爆炸：均相的燃气-空气混合物，密闭容器 ，局部着火，由于燃烧反应的传热和高温 燃烧产物的膨胀，压力急剧增加，压缩未 燃气体，处于绝热压缩状态，达到着火温 度时，一瞬间燃尽，压力猛烈增大。 ¾ 爆燃：火焰的均匀运动可达到5~10倍管径 处。如果管子相当长，其后由于发生扰动 ，火焰晃动，这时火焰前进速度强烈增加 ，发生爆燃。
20
(S )
max n 炔族
max > Sn
(
)
烯族
max > Sn
(
)
烷族
第三节 影响火焰传播速度的因素
三、温度的影响 （一）混合物初始温度的影响
Sn ∝ T
m 0
m ≈ 1.5 ~ 2
• 混合物初始温度提高，反应温度上升，燃烧 反应速率加快，从而使火焰传播速度增大。
21
第三节 影响火焰传播速度的因素
4
第一节 火焰传播的理论基础
火焰传播机理： 火焰锋面与管壁的相对位移情况： （1）Sn>u，向气流 上游移动； （2） Sn<u，向气 流下游移动； （3） Sn=u，平 衡，火焰面驻定 不动。 5
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
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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
火灾中的火焰蔓延特点了解火势发展规律
火灾中的火焰蔓延特点了解火势发展规律火灾中火焰蔓延的特点及了解火势发展规律在火灾中，火焰的蔓延是火灾发展过程中的重要环节。
了解火焰蔓延的特点和火势发展规律对于火灾的防控和灭火工作至关重要。
本文将探讨火灾中火焰蔓延的特点以及如何了解火势发展规律。
一、火焰蔓延的特点火焰蔓延的特点主要包括火焰传播方式、速度、温度和可燃物对火焰蔓延的影响等。
1. 火焰传播方式火焰的传播方式有三种主要形式：对流传播、辐射传播和导热传播。
对流传播是指火焰周围空气的热量受热而上升，从而形成气流，使火焰向上蔓延；辐射传播是指火焰所释放的热辐射通过空气传递能量，使火焰向周围蔓延；导热传播是指在固体物体上，火焰的热能通过物体的导热传导引起火焰蔓延。
2. 火焰蔓延速度火焰的蔓延速度取决于可燃物的种类、形态、数量和环境气流的条件。
通常情况下，火焰蔓延速度较快，在短时间内可以快速蔓延到周围的可燃物上，进一步加剧火势。
3. 火焰的温度火焰蔓延时释放出大量的热能，使周围温度升高。
火焰的温度高，可达到数百摄氏度甚至数千摄氏度，对周围环境造成严重破坏和威胁。
4. 可燃物对火焰蔓延的影响可燃物的种类、含水率、堆放形态等因素都会影响火焰的蔓延情况。
易燃物质、大面积堆放的可燃物以及密闭空间中的可燃物会促使火焰快速蔓延并扩大火灾范围。
二、了解火势发展规律了解火势发展规律对于火灾的防控和灭火行动至关重要。
火势的发展规律涉及火源、可燃物和氧气三要素。
1. 火源火源是火灾发生的起点，可以是明火、电火花、摩擦产热等。
了解火源的特点有助于预测火势的发展方向和速度。
2. 可燃物可燃物对火势发展有重要的影响，不同种类的可燃物在火灾中的燃烧特性不同。
某些可燃物燃烧时会产生有毒物质，加剧火灾的威胁。
3. 氧气供给氧气是火焰燃烧必需的气体，它来自空气中的氧分子。
如果供氧不足，火焰的蔓延会受到限制。
了解火势发展规律，可以通过火险评估、火灾模拟等手段进行预测和分析。
这些预测和分析的结果有助于制定有效的灭火策略和紧急疏散预案，提高灭火行动的效果。
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火焰传播速度的通俗讲解
一、火焰传播速度
1. 定义：火焰传播速度是指火焰前锋沿其法线方向相对于未燃可燃混合气的推进速度。
火焰传播速度表征了进行燃烧过程的火焰前锋在空间的移动速度（360百科）
的燃烧速度。
2. 解释：
其实将火焰传播速度，限定在未燃可燃混合气太局限了，把其定义为火焰在燃烧物表面移动速度（定义2），就容易理解的多。
如图：
现在换一种物质
很明显燃烧物不同，火焰的的传播速度不同，同样草坪的干湿、荗密程度也会影响到火焰的传播速度，有哪些因素影响火焰传播速度，有关这些我们留待后面再谈，我们现在的着重点是准确的理解火焰传播速度这个概念，
我们讨论了处于静态的可燃物的火焰传播速度，现在我们看下处于运动中的可燃物的火焰传播速度：
如图，有一股流动着燃气流（也可是我们的煤粉流）m，我们先假设它相对静止，注意仅仅是假设，当我们在这股气流的端点用明火点燃，燃气流m1经过2秒达到B处，如果AB距离是3米，我们就说火焰传播速度是1.5米/秒，燃汽流m2经过2秒到达C处，如AC间的距离是4.80米，我们就说它的火焰传播速度是2.4米/秒。
很明显，因为燃气流总是流动的，而且流速是可变的多样的，我们的燃汽流不动只是为使这个概念更加直观，那么处在流动中的燃汽又有
什么变化？
我们假设燃汽流以2米/秒同样的速度向前移动，当燃烧经过2秒，燃气流m1的B点的介质实际上到达了B1的位置，而且燃气流m2的c点只到达c1点的位置，B1和C1是火焰的实际位置。
很明显m1燃气流经过2秒的燃烧，火焰前锋从A处，进到了B1处，前移了1米，而m2燃气流的火焰前锋则落到C1处，落后了0.8米，这就是说如果燃料的流动速度高于将使火焰不断前移，最后的结果是熄火；如果燃料的流动速度低于火焰传播速度，将形成回火。
【品味一下气割的割枪和气体打火机的的现象】，【燃烧稳定的条件是：火焰的传播速度等于燃料的流动速度】，有关进一步的原因，我们后面
再说，现在我们的主要任务是通过一个动静结合的演示，进步牢固在燃料速度与火焰传播速度不一致时，火焰确实会出现向前或向后移动。
如下图所示，我们将一些可燃的干柴均匀地置于一可按不同速度移动的平板车上：
这样不管车移动不移动，火焰都将均匀（按照其火焰传播速度）向后移动。
假如小车上面可火焰的传播速度是0.5米/秒，那么在1秒之后火焰到达B处，2秒后又均匀地燃后C处.
这个是很容易理解的，但是我们把柴草置于可移动的小车上，其好处在于，当小车以一定的速度向前移动时，它和燃汽流向前运动就很
相似了。
如果小车向前移动的速度也正好是0.5米/秒，经过1秒，小车B点正好前进至A处，2秒小车C点也正好到达A处。
尽管小车带着燃烧物向前移动，但火焰前锋始终处A处不动。
为什么？
如果我们将小车向前移动的速度增大到0.8米/秒（大于火焰传播速度），会发生什么情况？
静态时经过1秒火焰到达B点，但是由于小车向前移动了0.8米，B 点实际上超出了原着火点0.3米，经过2秒后火焰移动到C点，但C
点向前移动1.6米，超出原着火点0.6米，也就是说，由于燃料移动速度大于燃烧速度，火焰在不断前移。
如果移动的速度低于燃烧速度，火焰向后移动，也不会有什么怀疑。
同样我们前面讲到有关燃气流有关结论也就容易理解了。
3. 火焰传播原理：
火焰沿火焰锋表面的法线方向传播，通过气体分子或气团把热量（主要是靠火焰辐射）传给相邻的未燃混合气体层并点燃它，这一层的反应放热使温度升高,又去点燃附近的未燃混合气体层以此类推不断地向前面的混合气推进。
这从草地烧荒中很容易看出，也许看下百度作者对我们更有益。
【百度作者的一个回答】：煤粉自喷煤嘴喷出，经过一段距离后才燃烧，煤粉燃烧后形成燃烧的焰面，并产生热量，使温度升高。
热量总是从高温向低温传递，由于焰面后面末燃烧的煤粉比焰面温度低，因此焰面不断向后面末燃烧的煤粉传热，使其达到着火温度而燃烧，形成新的焰面，这种焰面不断向未燃物方向移动的现象叫火焰的传播，传播的速度称火焰传播速度。
但煤粉是以一定速度不停地喷入窑内的，所以火焰既有一个向窑尾方向运动的速度，又有向后传播的速度，当喷出速度过大，火焰来不及向后传播时，燃烧即将中断，火焰熄灭，当喷出速度小，火焰将不断向后传播，直至传入喷入煤管内，这种现象称为“回火”；若发生“回火”将易引起爆炸的危险，所以喷出速度与火焰传播速度要配合好…。
4. 影响火焰传播速度的因素：
“当压力和温度升高、过量空气系数接近于1，或流动状况为湍流时，都有助于提高火焰传播速度”。
360百科的这段话很简捷明了，但这主要是针对燃气的，至于煤粉流的火焰传播速度又与煤粉的挥发分、水分、细度、风煤混合程度等因素有关：当煤粉挥发分大、水分少、颗粒细、风煤混合均匀，火焰传播速度变快，否则相反。
到此我们就可以燃气流速度高于火焰传播速度火为什么会息灭了，如图：混合煤粉气流经燃烧器喷口，射入炉膛后被点火枪的火焰点燃，如果此时煤粉混合气向前流动速度，正好等于煤粉的火焰
传播速度，那么着火后的火焰正好处在A处，当火焰足够大时，我们撤去油枪，煤粉仍将稳定燃烧。
如果煤粉流动的速度，大于煤粉的火焰传播速度，煤粉将在B处着火，因为煤粉投入比油要多，所以我们可以认为在B处的火焰比A处大，此时我们将油枪撤去，理论上煤粉射到B处，而在C处点燃继续燃烧，一直到D处、E处不存
在断火，但实上由于煤粉已经散开（煤粉浓度变稀），二次风的参入，都使着火更困难（实际此时的火焰传播速度更低），中心少部分煤粉在C处被点燃（所以C处的火焰变小），到C处时煤粉更稀，火焰温度更低，已经不足以点燃煤粉了。
当然火焰向后推，火焰变小是一个在空间上和时间都连续的过程，但是这一过程却进行的很迅速。
说明1.煤粉初期点燃，并不是将煤粉全部点燃，而是点着了煤粉中的挥发份，很明显，煤中的挥发份越高，挥发份越易析出，煤越容易着火，即火焰传播速度越高，挥发份大于30%煤粉就容易点燃，低于25%的煤粉就不容易着火。
煤粉中的水份含量高，在受加热时首先被蒸发，吸收了大量的热影响煤粉温度升高，因此推持了煤粉的着火时间，即使火焰传播速度降低，煤粉越细，煤粒越易烤透，挥发份越易析出，当然越易着火，火焰传播速度也就越高。
说明2：前面在讲到影响火焰传播速度时说到“过量空气系数接近于1时…有助于提高火焰传播速度”。
这句对煤粉锅炉当何理解呢？（1）煤粉着火的是煤中的挥发份，因此这个过量空气系数是以煤中挥发份的燃烧为基准的（煤粉锅炉在设计时一次风机的风量一般占总风量的15%，就是以此为依据的）；（2）这个过量空气系数接近于1，由于点火时供给的煤粉较少，虽然此时一次风机不是全开，但空气系数要比1大的多，所以点火时不宜将煤粉给的太小，析出的挥发份太少，即便是挥发份全部着火，给出的热量也不会太多，使出口处火焰温度太低，火焰不够稳定是其次，在火焰穿行的焦碳颗粒，达不到足够温度就很难在后续燃烧中燃尽；（3）煤粉离开燃烧器喷口后，煤粉散
了开来，空气大量补入，空气系数远大于1，不仅过剩的空气吸走了大量热量，而且由于煤粉太稀，释放出来的挥发份太少，这就使点火更形困难（此时火焰传播速度变小），这也使我们更容易为什么熄火。
说明3.煤粉的火焰传播速度，实际上主要取决煤粉的挥发份，煤粉的前期着火实际上只是挥发份在燃烧，焦碳颗粒着火速度是很慢的，它需要更高的温度，但是其一旦燃烧，其燃烧剧烈，发出的热量也大的多，此时是煤粉已经散开充满了炉膛各个角落，如果某一角落达到着火条件它就燃烧（取决此地粉的浓度和温度），达不到条件它就熄灭，由于不均匀，所以总是此起彼伏，造成波动，这种火焰也存在燃烧器喷口附近，正常情况下它对出口煤粉也有加热作用，从而提高了燃烧的稳定（所以要用相邻的燃烧器燃烧），但如果燃烧器本身有问题，缺少稳定的火焰，则可能造成大的喘振。