第8章火焰穩(wěn)定《燃燒學(xué)》林其釗2005年4月1§8-1引言研究火焰的穩(wěn)定性及穩(wěn)定方法對工業(yè)燃燒裝置,保證穩(wěn)定\安全燃燒是極其重要的一旦著火,在不同工作條件下使火焰能夠維持穩(wěn)定地傳播,或者說使燃燒穩(wěn)定地繼續(xù)下去而不熄滅要求不僅懂得在什么條件下能保證火焰的穩(wěn)定,而且還要知道防止火焰不穩(wěn)定的方法火焰穩(wěn)定分為:低速氣流下的火焰穩(wěn)定,包括回火和吹熄問題高速氣流下的火焰穩(wěn)定----工程中的火焰穩(wěn)定多數(shù)屬于這種情況2擴(kuò)散火焰的穩(wěn)定性和預(yù)混火焰的穩(wěn)定性是不同的在穩(wěn)定方法上擴(kuò)散火焰有它自己的特點(diǎn)擴(kuò)散火焰在工業(yè)裝置中應(yīng)用更廣泛在深入探討預(yù)混火焰和湍流擴(kuò)散火焰穩(wěn)定特點(diǎn)及介紹火焰穩(wěn)定方法之前首先討論一維火焰的穩(wěn)定條件,因?yàn)樗腔鹧娣€(wěn)定的基礎(chǔ)層流火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊亩x為SL: SL=up+unup為火焰前沿法向移動的分速度un為可燃混合氣在火焰前沿法向移動的分速度如果火焰?zhèn)鞑ニ俣群涂扇蓟旌蠚獾牧鲃铀俣确较蛞恢?取負(fù)號;反之取正號3一維火焰的穩(wěn)定條件,前提為:可燃混合氣的燃料濃度在火焰?zhèn)鞑ソ缦拗畠?nèi)平面波的橫斷面直徑比熄火直徑大得多如果SL=un,火焰穩(wěn)定在管內(nèi)某處火焰?zhèn)鞑ニ俣群涂扇蓟旌蠚獾牧鲃铀俣认嗟?則火焰前沿移動速度為0,即

up=0如果SL>un,回火發(fā)生火焰?zhèn)鞑ニ俣却笥诳扇蓟旌蠚獾牧鲃铀俣葎t火焰前沿就會一直向可燃混合氣側(cè)的方向移動如果SL<un,吹脫(或吹熄\脫火)火焰?zhèn)鞑ニ俣刃∮诳扇蓟旌蠚獾牧鲃铀俣葎t火焰前沿就會一直向燃燒產(chǎn)物方向移動,直至火焰前沿被可燃混合氣吹走unSLSL=ununSLSL>unSL<ununSL4為了保證一維火焰的穩(wěn)定,既不回火,又不吹熄,就必須是火焰?zhèn)鞑ニ俣扰c可燃混合氣的流動速度相等,即:SL=un這個(gè)關(guān)系就是一維火焰的穩(wěn)定條件實(shí)際火焰壁面處的散熱損失熄火距離內(nèi)的火焰將熄滅壁面摩擦，靠近軸線處的火焰速度比靠近壁面處的速度快,粘性力使火焰前沿呈拋物面型浮力存在,拋物面的火焰前沿歪曲成非對稱形此時(shí),火焰前沿各處的法向火焰?zhèn)鞑ニ俣炔⒉幌嗤虼藢?shí)際火焰的穩(wěn)定條件是:必須保證火焰前沿各處的法向火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊扔诳扇蓟旌蠚庠诨鹧媲把胤ㄏ虻姆炙俣瓤扇蓟旌蠚馊紵a(chǎn)物SL圓管內(nèi)實(shí)際火焰形狀5§8-2本生燈火焰的穩(wěn)定本生燈是實(shí)驗(yàn)室中產(chǎn)生預(yù)混火焰的裝置本生燈的工作特性與工程上的低速燃燒裝置(噴射式無焰燒嘴\家用煤氣灶噴嘴等)有很多相似之處按化學(xué)當(dāng)量比混合的可燃?xì)馔ㄟ^直管形噴嘴形成火焰,該火焰形成曲面錐型火焰外形特征：火焰底部不和噴嘴出口重合，存在向外突出的一個(gè)區(qū)域，以及靠近壁面有一段無火焰區(qū)如采用收斂管，火焰形狀將接近正圓錐形，上述特點(diǎn)仍存在6穿透區(qū)(熄火區(qū))突出區(qū)圓頂火焰外形特征為什么會如此:在錐體頂部,由于火焰前沿的曲率半徑和火焰前沿厚度在數(shù)量級上相當(dāng),因此,熱傳導(dǎo)和活性分子擴(kuò)散非常強(qiáng)烈,提高了當(dāng)?shù)鼗鹧娴膫鞑ニ俣?使得錐頂變圓由于火焰向金屬壁面的散熱或活性分子的銷毀,靠近噴口處有一個(gè)無火焰區(qū),稱為穿透距離或熄火距離因?yàn)榭扇細(xì)怏w的壓力大于大氣壓,使得可燃混合氣通過穿透距離逸出,引起突出邊緣可以定性地把本生燈火焰的層流火焰?zhèn)鞑ニ俣入S徑向位置的變化繪在上圖中SL0r/rs17邊緣效應(yīng)隨著徑向距離接近噴口內(nèi)壁,層流火焰?zhèn)鞑ニ俣燃眲∠陆?直到Sl

為0邊緣效應(yīng)主要因?yàn)楸诿娴南ɑ鹦?yīng)所造成的,在固體壁面附近,總是有一個(gè)沒有火焰的區(qū)域,這個(gè)區(qū)域叫做熄火區(qū),熄火區(qū)的厚度叫做熄火距離圓頂效應(yīng)在噴口出口的軸線上,層流火焰?zhèn)鞑ニ俣燃眲≡黾?在頂部達(dá)到最大值由于接近頂部,預(yù)混可燃?xì)怏w被強(qiáng)烈地加熱,其中有輻射\對流\導(dǎo)熱的綜合作用,隨著靠近尖頂,預(yù)混可燃?xì)怏w的溫度升高,從而增加了層流火焰?zhèn)鞑ニ俣萐L0r/rs1穿透區(qū)(熄火區(qū))突出區(qū)圓頂81錐形火焰的穩(wěn)定條件在火焰前沿上取一微段,由于微段很小,可以認(rèn)為是直線,速度分量如圖un、ut分別為可燃混合氣速度u的法向及切向分速度

為

u與un之間的夾角SlunuutTT

NN

可燃混合氣法向分速度un的存在，使火焰前沿沿著NN

方向移動為了維持微元火焰穩(wěn)定，其必要條件是可燃混合氣法向分速度等于火焰?zhèn)鞑ニ俣?，即? SL=un=ucos

上式就是米海爾松余弦定律9米海爾松余弦定律SL=un=ucos

當(dāng)

的取值范圍為：0

90o如果

=0o，則為平面火焰，實(shí)際上平面火焰是極不穩(wěn)定的，一旦氣流速度發(fā)生稍許變化，就會破壞火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊钠胶鈼l件，火焰就會變形如果

=90o，即氣流速度平行于火焰前鋒，這時(shí)SL=0，這是不可能的，因此，

必須小于90o。通常，對一定的可燃混合氣，可以認(rèn)為SL=常數(shù)，當(dāng)氣流速度在一定的范圍變化時(shí)，根據(jù)米海爾松余弦定律，只要改變

即可。當(dāng)氣流速度增加時(shí)，

增大，火焰拉長當(dāng)氣流速度減小時(shí)，

要減小，火焰將變短在一定的氣流速度變化范圍內(nèi)，火焰前沿將會在新的條件下穩(wěn)定下來10錐形火焰微段，在火焰切向方向上還存在著切向分速度utut的存在，使火焰前沿上的質(zhì)點(diǎn)沿著火焰前沿的表面TT

方向移動為了保證火焰前沿的穩(wěn)定，必須有另一火焰質(zhì)點(diǎn)從前面補(bǔ)充進(jìn)來如果遠(yuǎn)離噴口是可以做到的，但是在接近火焰根部倘若沒有一個(gè)固定的點(diǎn)火源，則火焰會被氣流吹走為了避免火焰被吹走，必須在火焰的根部有一個(gè)固定的著火源，以便不斷地點(diǎn)燃根部的可燃混合氣對于錐形火焰，在火焰根部有一個(gè)固定的點(diǎn)火源是火焰穩(wěn)定的另一個(gè)必要條件錐形火焰穩(wěn)定的兩個(gè)必要條件：a)可燃混合氣的法向速度等于火焰?zhèn)鞑ニ俣龋矗? SL=un=ucos

b)有固定的點(diǎn)火源112本生燈火焰穩(wěn)定性分析前面所討論的是錐形火焰穩(wěn)定的一般原則,下面以本生燈火焰為例進(jìn)一步討論火焰的穩(wěn)定機(jī)理實(shí)驗(yàn)觀察發(fā)現(xiàn):如果以一定流量的可燃?xì)怏w送入本生燈,經(jīng)點(diǎn)燃后移去火源,可以看到火焰會穩(wěn)定在噴口的上方如果送入的氣流速度過大,火焰會從根部開始吹脫如果氣流速度過小,火焰會引向管內(nèi),發(fā)出噪音這說明本生燈火焰在一定的速度范圍內(nèi)存在一個(gè)穩(wěn)定的點(diǎn)火源,不然火焰不能保持穩(wěn)定仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)火焰根部有一平面環(huán)形火焰,它懸吊在噴口上方,這個(gè)環(huán)形平面火焰就起到了固定著火源的作用,稱為點(diǎn)火環(huán)點(diǎn)火環(huán)的形成原因以及與著火\熄火的關(guān)系,是分析本生燈火焰穩(wěn)定的基礎(chǔ)12本生燈火焰右上圖圓圈，在甲烷火焰-空氣火焰中僅1mm，下圖是圓圈的放大簡言之，點(diǎn)火環(huán)形成的原因是由于靠近射流壁面或邊界面附近氣流速度與火焰?zhèn)鞑ニ俣确植疾痪鶆虻木壒首杂缮淞鹘孛嫠俣萿n分布曲線：受粘性力作用速度分布呈拋物線型靠近壁面很薄的邊界層中，速度分布可以近似為線性un火焰?zhèn)鞑ニ俣萐L分布曲線：靠近壁面一段距離，由于受熄火效應(yīng)的影響，火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊扔?；遠(yuǎn)離壁面，不再受散熱的影響，火焰?zhèn)鞑ニ俣融呌谀骋欢ㄖ诞?dāng)火焰根部向下游移動時(shí)，SL分布曲線將發(fā)生變化管口壁面的散熱影響，離管口越遠(yuǎn)，熄火效應(yīng)的影響越小混合氣體濃度的影響，離管口越遠(yuǎn)，射流卷吸作用使可燃混合氣中燃料濃度被空氣稀釋，熄火效應(yīng)影響大unununununSLSLSLSLSL0011234324ABCD圓頂13本生燈火焰點(diǎn)火環(huán)的形成過程分析：0-0截面：在噴口出口處，由于壁面散熱起主要作用，熄火效應(yīng)明顯，截面上每處都存在un>SL

，使火焰被吹向下游1-1截面：此時(shí)火焰根部離噴口壁面遠(yuǎn)一些，熄火效應(yīng)減弱，SL分布曲線向左移動，只要?dú)饬魉俣炔皇呛艽?，總能找到一個(gè)平衡位置，例如A處，un、SL兩條分布曲線相切，此處un=SL，火焰根部在此穩(wěn)定下來，形成所謂的點(diǎn)火環(huán)2-2截面：如果稍有擾動，火焰向下游移動，例如到2-2截面，這時(shí)火焰根部離噴口距離遠(yuǎn)些，壁面熄火效應(yīng)下降，使SL分布曲線繼續(xù)向左移動，結(jié)果使un、SL兩條分布曲線相割，在A、B區(qū)域間，SL

>un將使火焰向上游移動，直到1-1截面的A處火焰才會穩(wěn)定3-3截面：如果由于某種干擾，火焰前沿繼續(xù)向下游移動，到3-3截面，由于射流的卷吸作用，壁面的熄火效應(yīng)增加，SL分布曲線向右移動，與un曲線相切，對應(yīng)的位置為D4-4截面：繼續(xù)向下游4-4截面，此時(shí)空氣的稀釋作用更大，SL分布曲線進(jìn)一步右移，以致整個(gè)截面上un>SL，使火焰前沿向下游移動14將A、B、C、D聯(lián)成一個(gè)封閉的區(qū)域，實(shí)際上是一個(gè)旋轉(zhuǎn)體，在該區(qū)域內(nèi)均滿足SL

>un由于ABCD旋轉(zhuǎn)體的存在，保證了本生燈有一個(gè)固定的著火源（點(diǎn)火環(huán)）一旦由于某種干擾破壞了平衡，它可以立即恢復(fù)到平衡狀態(tài)例如:如果某個(gè)擾動，使火焰離開A點(diǎn)向下游移動，只要處于ABCD區(qū)域內(nèi)，則火焰前沿必須逆向移動回復(fù)到A點(diǎn)而恢復(fù)平衡反之，如因某個(gè)擾動使火焰前沿脫離A點(diǎn)向上游移動，則由于上游處un>SL，因而火焰前沿將被氣流帶到A點(diǎn)，又恢復(fù)平衡因此,在一定條件下,本生燈火焰可以在出口下游某一位置自行穩(wěn)定下來15對于一定的可燃混合氣,著火環(huán)的位置隨可燃混合氣流速的變化而改變?nèi)缣岣邭饬魉俣?，用上面同樣的分析方法可知：ABCD區(qū)域?qū)⑾蛳掠畏较蛞苿硬⒅饾u縮小,最后縮小為一點(diǎn)如果再繼續(xù)增大氣流速度：火焰將會被氣流吹脫而熄滅反之,如果減小氣流速度ABCD區(qū)域?qū)⒅饾u擴(kuò)大，A點(diǎn)向上游方向移動，直到噴口處如果繼續(xù)降低流速將使A點(diǎn)向管內(nèi)竄動，產(chǎn)生回火現(xiàn)象下面研究不同氣流速度對本生燈火焰穩(wěn)定性的影響16吹熄(脫火)極限曲線右圖畫出了不同氣流速度下對應(yīng)的火焰前沿（火焰根部穩(wěn)定環(huán)）位置如果火焰原先穩(wěn)定在A處，氣流速度分布曲線un1與火焰?zhèn)鞑ニ俣确植记€SL1相切如果流速增加到un2，則截面上任意一點(diǎn)都保持un2>SL1,火焰穩(wěn)定條件被破壞，火焰不能穩(wěn)定在A處，而被氣流帶到下游A

點(diǎn)此時(shí)由于離開噴口壁面距離遠(yuǎn)一點(diǎn)，管壁熄火效應(yīng)的影響減小SL1曲線向左移動，直到再與un2曲線相切，此時(shí)在新的位置上穩(wěn)定下來AA

火焰前沿A

射流邊界速度A

A

A到射流邊界的距離SL3

SL2

SL1

un4

un3un2

un117由圖看出，新的位置A

比A離噴口遠(yuǎn)，在A

處滿足un2=SL2如果繼續(xù)增大流速，熄火效應(yīng)和氣流卷吸的稀釋效應(yīng)的總結(jié)果，仍然使SL曲線左移從而使火焰前沿繼續(xù)向下游移動，最后在新的位置A

處穩(wěn)定下來，在A

處滿足un3=SL3假定A

位置是可能達(dá)到的最大氣流速度時(shí)的穩(wěn)定點(diǎn)，如果繼續(xù)增大氣流速度（曲線un4），這時(shí)空氣稀釋效應(yīng)起主要作用，此時(shí)SL曲線不是向左，而是向右移動，使得截面上各處均達(dá)到un4>SL2,火焰將不再穩(wěn)定，而被吹脫，形成所謂的吹脫現(xiàn)象相應(yīng)的氣流速度曲線un3稱為吹熄（脫火）極限曲線AA

火焰前沿A

射流邊界速度A

A

A到射流邊界的距離SL3

SL2

SL1

un4

un3un2

un118回火特性曲線如右圖如果火焰最初穩(wěn)定在噴口此時(shí)曲線un1與曲線SL相切進(jìn)一步降低氣流速度到un2火焰?zhèn)鞑ニ俣惹€SL在管內(nèi)已不再變化，此時(shí)氣流速度與火焰?zhèn)鞑ニ俣认嘟挥趦牲c(diǎn)，在兩點(diǎn)之間的區(qū)域都有un1<SL,此時(shí)火焰前沿將不再穩(wěn)定在管口，而是向管內(nèi)竄動，即發(fā)生回火現(xiàn)象一旦火焰竄入管內(nèi)，就不可能再達(dá)到平衡，因?yàn)楣軆?nèi)任意橫截面上的SL與un兩條分布曲線不再改變火焰穩(wěn)定在噴口處的對應(yīng)的氣流速度分布曲線un1稱為回火極限曲線SLun1un2距噴口內(nèi)壁距離速度19通過上述分析可以看出：靠近管壁（或射流邊界）處的速度分布（包括氣流速度與火焰?zhèn)鞑ニ俣龋蛘咚俣忍荻葘鹧娴姆€(wěn)定性有決定性的影響在一定的可燃混合氣的濃度范圍內(nèi)，如果氣流速度梯度太大，會發(fā)生脫火如果氣流速度梯度太小，將發(fā)生回火壁面熄火效應(yīng)對火焰穩(wěn)定起著重要作用，如果沒有熄火效應(yīng)，噴口出口壁面處的氣流的徑向速度總比火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊停虼嗽撎幙偰馨l(fā)生回火203回火和吹熄的臨界條件及界限有前面回火和吹脫的速度分布曲線分析可知，本生燈火焰在什么條件下能產(chǎn)生回火、吹熄，可以用對應(yīng)的臨界速度梯度來表示假設(shè)為層流流動，噴管出口的氣流速度分布呈拋物線型，則任一流線的氣流速度為：

u=n(R2-r2) （4）式中R為噴管的半徑流量為： （5）將速度分布表達(dá)式代入上式得： （6）回火及吹熄的臨界速度梯度為： （7）21（4）\（6）代入（7）式得：式中下標(biāo)F、B表示回火(Flashback)和吹熄(Blowoff)界限VF,B為回火、吹熄時(shí)的臨界流量由于代入（8）得：式中為臨界回火、吹熄時(shí)的截面平均氣流速度；d為噴口直徑實(shí)驗(yàn)表明，不同預(yù)混可燃?xì)鉂舛葧r(shí)的回火或吹熄臨界速度梯度之間的關(guān)系由圖所示（下頁圖）圖中預(yù)混可燃?xì)鉂舛扔卯?dāng)量比來表示由于臨界吹脫時(shí)的流量比臨界回火時(shí)的流量大得多，即VB

>>VF，因此，臨界吹脫時(shí)的速度梯度比臨界回火速度梯度更大（8）（9）22在接近化學(xué)當(dāng)量比的情況下（一般

略大于1），有著最大的火焰?zhèn)鞑ニ俣?，因此：對于回火來說：在接近化學(xué)當(dāng)量比時(shí)，也有一個(gè)最大的回火臨界速度梯度由此可見，火焰?zhèn)鞑ニ俣雀叩念A(yù)混可燃?xì)獗容^容易發(fā)生回火現(xiàn)象在空氣中在氮?dú)庵蟹€(wěn)定區(qū)回火區(qū)吹熄區(qū)gBgFgF,B

1.023對于吹熄速度梯度曲線：與回火速度梯度曲線不同，只有當(dāng)本生燈火焰在氮?dú)猸h(huán)境中，才會出現(xiàn)最大吹熄速度梯度通常本生燈火焰在空氣環(huán)境中燃燒，當(dāng)預(yù)混可燃?xì)獾娜剂蠞舛瘸^化學(xué)當(dāng)量比時(shí)（

>1），臨界吹熄速度梯度仍然在增加這是因?yàn)楦蝗剂匣鹧嬖诳諝猸h(huán)境中還能卷吸空氣，使過剩的燃料繼續(xù)燃燒，因而擴(kuò)大了吹熄界限說明燃料濃度高的預(yù)混可燃?xì)獾娜紵€(wěn)定性比貧燃料強(qiáng)，在空氣中燃燒不易脫火在空氣中在氮?dú)庵蟹€(wěn)定區(qū)回火區(qū)吹熄區(qū)gBgFgF,B

1.024如圖所示，吹熄和回火界限曲線將燃燒分成三個(gè)區(qū)域：回火區(qū)、吹熄區(qū)和穩(wěn)定燃燒區(qū)當(dāng)

<1時(shí)，即處于貧燃料區(qū)時(shí)：本生燈火焰的穩(wěn)定性很差當(dāng)

>1時(shí)，即富燃料區(qū)時(shí)：本生燈火焰的穩(wěn)定性擴(kuò)大了濃度在點(diǎn)劃線右側(cè)時(shí)，穩(wěn)定燃燒區(qū)擴(kuò)大很多，再無回火現(xiàn)象發(fā)生，但仍有吹熄在空氣中在氮?dú)庵蟹€(wěn)定區(qū)回火區(qū)吹熄區(qū)gBgFgF,B

1.0如果環(huán)境是H2、噴口噴出的是貧燃預(yù)混合氣，火焰穩(wěn)定界限如何？25早期有關(guān)回火的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)大多按氣流平均速度與燃料濃度的關(guān)系整理的天然氣回火特性實(shí)驗(yàn)曲線如圖所示，噴口直徑從0.389到1.550cm共7種，縱坐標(biāo)為天然氣流量，橫坐標(biāo)為天然氣濃度隨著噴口直徑的增大，相應(yīng)的臨界回火氣流平均速度增大這說明臨界回火時(shí)的平均氣流速度與噴口直徑有關(guān)，式（9）就表示了這種關(guān)系孔徑增加天然氣濃度%氣體流量cm2/s（9）對右圖稍加整理，可以表示成臨界回火速度梯度gF與天然氣濃度之間關(guān)系的曲線（下頁圖）在給定天然氣濃度的情況下，臨界回火速度梯度為定值，基本上不隨噴口直徑而變(噴口直徑為0.333、0.389、1.55cm的除外)在給定預(yù)混可燃?xì)鉂舛鹊那闆r下，直徑增加，要求臨界回火流量隨之增加26當(dāng)噴口直徑過?。?.333、0.389cm）時(shí)，回火曲線偏離是由于氣流速度與火焰?zhèn)鞑ニ俣认嗟鹊幕鹧娣€(wěn)定區(qū)已接近火焰頂部，氣流速度的變化已經(jīng)不能看成是線性變化當(dāng)噴口直徑過大（1.55cm）時(shí)，回火曲線偏離的原因是由于火焰反壓力過大，破壞了噴口出口氣流分布特性，使局部地區(qū)邊界速度梯度小于式（9）的計(jì)算值0.3330.3891.550cm天然氣濃度%gF27天然氣-空氣混合物在不同噴口直徑時(shí)的脫火特性曲線如圖所示噴口直徑越大，吹熄時(shí)的天然氣流量也就越大將流量改成速度梯度，可以看出，回火時(shí)的臨界速度梯度與噴口直徑無關(guān)天然氣濃度%孔徑1.550cm1.2981.0680.8790.557火焰周圍為氧氣0.5570.389氣體流量cm2/s天然氣濃度%gB

,1/s脫火火焰穩(wěn)定區(qū)28以上討論的回火、吹脫特性曲線都是屬于層流本生燈火焰根據(jù)霍特爾、博林杰等人的實(shí)驗(yàn)研究，認(rèn)為在相同的預(yù)混可燃?xì)鉂舛认拢牧骰鹧娴幕鼗鸷痛迪ㄅR界速度梯度會比層流時(shí)大得多圖12是霍特爾的氫-空氣混合氣在不同噴口時(shí)的湍流回火特性曲線圖中畫出了氫-空氣混合氣的SL用虛線畫出了層流狀態(tài)下氫-空氣混合氣的回火特性曲線由圖看出：湍流：噴口直徑：18、25.8、38mm層流：噴口直徑：5.06層流：噴口直徑：2.941SLH2%v\SL,m/s29由圖看出：（1）湍流時(shí)回火速度比層流時(shí)大得多（2）在很大的氫濃度范圍內(nèi)，不同噴口的回火特性曲線的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)都落在同一曲線上即湍流情況下，噴口直徑并不明顯地影響氫-空氣混合氣的回火速度（3）相應(yīng)于最大回火時(shí)的氫濃度比相應(yīng)于最大火焰?zhèn)鞑ニ俣葧r(shí)的氫濃度小這種現(xiàn)象是由于燃?xì)夂涂諝獾臄U(kuò)散系數(shù)或?qū)叵禂?shù)相差很大而引起的例如甲烷-空氣混合氣，由于可燃混合氣中甲烷和空氣兩種組分?jǐn)U散系數(shù)和導(dǎo)溫系數(shù)相差不大，因此回火最大速度和最大火焰?zhèn)鞑ニ俣葘?yīng)的濃度是相近的湍流：噴口直徑：18、25.8、38mm層流：噴口直徑：5.06層流：噴口直徑：2.941SLH2%v\SL,m/s30湍流火焰通常在噴口處尚具有較為光華的火焰前沿，遠(yuǎn)離噴口處發(fā)生明顯的不規(guī)則湍動湍流火焰脫火規(guī)律與層流火焰不同：層流火焰吹熄速度與噴口直徑成正比；湍流火焰的脫火速度在很大范圍內(nèi)與噴口直徑無關(guān)當(dāng)平均流速相同時(shí)，湍流火焰的邊界速度梯度比層流火焰大得多甲烷、氫與空氣混合時(shí)的火焰穩(wěn)定特性曲線，以gF,B~

表示。（下頁圖）這些曲線是在常溫、常壓、垂直向上火焰和周圍介質(zhì)為空氣等條件下由實(shí)驗(yàn)得到的從兩個(gè)圖可以看出：氫-空氣的回火、吹熄時(shí)的速度梯度比甲烷-空氣混合氣大得多31氫-空氣火焰穩(wěn)定特性曲線甲烷-空氣火焰穩(wěn)定特性曲線104103102脫火火焰穩(wěn)定區(qū)13.2

回火gF,B脫火火焰穩(wěn)定區(qū)回火1021.63.2

1041031061050.82.4gF,B32防止回火的方法：防止回火和防止吹脫的方法是完全不同的高速氣流下防止火焰吹脫的方法將在下面幾節(jié)討論，這里僅介紹防止回火的一些措施防止回火主要從兩個(gè)方面著手：一是設(shè)法降低噴口處的火焰?zhèn)鞑ニ俣?；二是設(shè)法提高可燃混合氣在噴口處的速度具體方法如下：噴口較大，一般來說難于吹脫，但容易回火可以采用減小噴孔直徑及增加噴孔深度的辦法當(dāng)熱負(fù)荷一定時(shí)，可增加噴孔數(shù)目的是利用噴孔壁面的冷卻作用，降低壁面邊界層處的火焰?zhèn)鞑ニ俣?3采用導(dǎo)熱性能差的陶瓷噴嘴，以減少熱量通過噴嘴壁面?zhèn)鞯絿娮靸?nèi)部而引起預(yù)熱可燃混合氣的作用因?yàn)榭扇蓟旌蠚獾臏囟忍岣?，使火焰?zhèn)鞑ニ俣仍黾訉娮祛^部采用水冷或風(fēng)冷，以降低噴嘴壁面溫度，防止可燃混合氣溫度升高減少一次空氣量，增加二次空氣量一次空氣量減少，可燃混合氣濃度將偏離化學(xué)當(dāng)量比，火焰?zhèn)鞑ニ俣冉档捅３州^高的噴嘴內(nèi)壓力，以保持高的噴出速度采用噴頭混合型噴嘴，是防止回火的根本措施，即在噴嘴部分，使氣體燃料和空氣邊混合，邊燃燒34§8-3用鈍體穩(wěn)定火焰的方法氫和空氣的預(yù)混氣的層流火焰?zhèn)鞑ニ俣冉咏?40cm/s碳?xì)浠衔锖涂諝獾念A(yù)混氣的層流火焰?zhèn)鞑ニ俣群苌俪^40cm/s湍流火焰?zhèn)鞑ニ俣纫矁H100cm/s左右但是許多實(shí)際燃燒裝置中：天然氣表壓500mmH2O，燃燒器出口氣流速度大于100m/s空氣表壓200mmH2O，燃燒器出口氣流速度約40m/s燃?xì)廨啓C(jī)、沖壓式發(fā)動機(jī)燃燒室中，燃料和空氣混合物流速達(dá)50m/s加力燃燒室中混合物流速達(dá)200m/s由于高速氣流中，邊界層薄，比熄火距離小得多，邊界層中氣流速度始終大于火焰?zhèn)鞑ニ俣?，火焰不可能穩(wěn)定，而被吹熄高速氣流必須用某些人為的手段來穩(wěn)定火焰35在各種鍋爐、工業(yè)爐窯的燃燒室中，雖然容積熱負(fù)荷比發(fā)動機(jī)燃燒室小得多，但是為了防止回火和吹熄，一般都要考慮設(shè)置火焰穩(wěn)定裝置火焰穩(wěn)定的基本條件是在火焰根部產(chǎn)生穩(wěn)定的點(diǎn)火源為此，在高速氣流中必須創(chuàng)造條件建立一個(gè)平衡點(diǎn)，以滿足un=SL這里有兩個(gè)因素影響火焰的穩(wěn)定：流動因素（與un有關(guān)）物理化學(xué)因素（與SL有關(guān)）在高速氣流中，要使火焰穩(wěn)定，主要也從這兩個(gè)方面入手如果問題出于流動，可用流體力學(xué)的方法把火焰調(diào)穩(wěn)定如果問題出于火焰?zhèn)鞑ニ俣?，可用熱力學(xué)、化學(xué)動力學(xué)的方法更多、更有效的方法是采用流體力學(xué)原理及化學(xué)動力學(xué)原理相結(jié)合的方法利用鈍體（非流線型物體）來穩(wěn)定火焰就是其中的有效方法之一361用鈍體穩(wěn)定火焰的機(jī)理高速氣流中放置鈍體能夠穩(wěn)定火焰的原因：一方面，是均勻高速氣流流經(jīng)鈍體后速度分布發(fā)生了變化離鈍體下游不遠(yuǎn)處，截面氣流從軸心處負(fù)值沿徑向一直變到主流速度在鈍體下游某一區(qū)域總能找到氣流速度與預(yù)混可燃?xì)獾幕鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣认嗟鹊钠胶鈪^(qū)另一方面，是鈍體后面產(chǎn)生了回流區(qū)利用回流的高溫氣體，提供了預(yù)混可燃?xì)恻c(diǎn)火所必須的能量從而在鈍體下游某個(gè)地區(qū)形成了一個(gè)穩(wěn)定的點(diǎn)火環(huán)，使高速預(yù)混可燃?xì)庠谶@里開始穩(wěn)定著火、燃燒可見，在用鈍體穩(wěn)定火焰的機(jī)理中，鈍體下游的氣流結(jié)構(gòu)起著十分重要的作用37高速氣流中鈍體尾跡的氣流結(jié)構(gòu)：下圖是V形鈍體后回流區(qū)的氣流結(jié)構(gòu)001132LdxDyu

u

0-1湍流邊界層外邊界0-2湍流邊界層內(nèi)邊界0-3-0回流區(qū)邊界線38當(dāng)高速氣流流經(jīng)鈍體時(shí)，由于氣體粘性力的作用，將鈍體后邊的隱蔽區(qū)中的氣流帶走，形成局部低壓區(qū)使鈍體下游部分氣流在壓力差的作用下，以與主氣流相反的流動方向流向鈍體后的隱蔽區(qū)，以保持流動的連續(xù)性這樣，在鈍體后方產(chǎn)生了回流區(qū)0-1湍流邊界層外邊界，0-2湍流邊界層內(nèi)邊界外邊界的外側(cè)為主流區(qū)外邊界與內(nèi)邊界之間為燃燒產(chǎn)物和預(yù)混可燃?xì)獾幕旌衔?-3-0各截面上軸向速度為0的聯(lián)線，或稱為回流區(qū)邊界L為回流區(qū)長度，或稱回流區(qū)特征長度回流區(qū)以內(nèi)的逆流區(qū)和回流區(qū)邊界以外的順流區(qū)組成了一個(gè)環(huán)流區(qū)（蘭色）環(huán)流區(qū)與外界氣流通過湍流擴(kuò)散進(jìn)行強(qiáng)烈的物質(zhì)和熱量交換39Davies和Beer的工作：在預(yù)混可燃?xì)獬跏假|(zhì)量流量m0及噴口尺寸不變的情況下，測量了鈍體的形狀、幾何尺寸對回流區(qū)大小及回流量的影響回流區(qū)邊界隨阻塞比(d/D)2的變化情況(用圓盤形鈍體)認(rèn)為回流區(qū)寬度幾乎不受阻塞比變化的影響回流區(qū)長度隨阻塞比的增加而縮短阻塞比的增加，意味著鈍體特征尺寸d的增加x/d1200.51.0r/R阻塞比=0.540.250.11x/d1200.51.0r/R45o圓錐圓柱鈍體為圓盤(d/D)2

=0.25圓盤

回流區(qū)邊界隨阻塞比、鈍體形狀的變化40阻塞比為0.25時(shí)，鈍體形狀對回流區(qū)邊界的影響(右圖)圓盤形鈍體產(chǎn)生的回流區(qū)比圓柱形鈍體大鈍體的非流線型系數(shù)增加，回流區(qū)增大x/d1200.51.0r/R阻塞比=0.540.250.11x/d1200.51.0r/R45o圓錐圓柱鈍體為圓盤(d/D)2

=0.25圓盤

回流區(qū)邊界隨阻塞比、鈍體形狀的變化圓柱45o圓錐圓盤41回流區(qū)中某截面回流的質(zhì)量流量m

占主流質(zhì)量流量m0的分?jǐn)?shù)可看作是回流區(qū)的一個(gè)重要特征它對火焰的穩(wěn)定有著重要的影響回流量m

由下式?jīng)Q定：式中r0為回流區(qū)邊界線（軸向速度為0）的徑向位置回流量隨阻塞比、鈍體形狀的變化x/d1200.1m

/m0阻塞比=0.540.250.11鈍體為圓盤0.20.3x/d0m

/m045o圓錐圓柱(d/D)2

=0.25圓盤0.51.01.50.050.100.1542下左圖表示阻塞比對回流量軸向分布的影響隨阻塞比的增加，截面上的回流量增加右圖表示在相同阻塞比的情況下，鈍體幾何形狀對回流量的影響圓盤狀鈍體的回流量比圓柱體大得多回流量隨阻塞比、鈍體形狀的變化x/d1200.1m

/m0阻塞比=0.540.250.11鈍體為圓盤0.20.3x/d0m

/m045o圓錐圓柱(d/D)2

=0.25圓盤0.51.01.50.050.100.1543上述鈍體后的氣流結(jié)構(gòu)是在冷態(tài)下測量的。熱態(tài)時(shí)，即燃燒時(shí)回流區(qū)的形狀及回流量有很大變化在燃燒情況下，由于燃燒后熱膨脹的作用，回流區(qū)的靜壓力與回流區(qū)長度增加Bespalov貝斯帕洛夫在V形（60o）鈍體尾跡中所進(jìn)行的測量表明：靜壓從冷態(tài)時(shí)的-1.1，增大到有燃燒時(shí)的-0.10回流區(qū)長度從冷態(tài)時(shí)的1.6d增大到有燃燒時(shí)的6d此時(shí)回流的體積流量增加了6倍0246810-0.2-0.4-0.6-0.8-1.0-1.2有燃燒冷態(tài)x/d

0.5

u

2246810-0.2-0.4-0.6-0.80.20.40.60.80有燃燒

=1.5冷態(tài)

um/u

x/d440246810-0.2-0.4-0.6-0.8-1.0-1.2有燃燒冷態(tài)x/d

0.5

u

2246810-0.2-0.4-0.6-0.80.20.40.60.80有燃燒

=1.5冷態(tài)

um/u

x/d45圓棒鈍體尾跡中的火焰穩(wěn)定示意圖，可以看到：在鈍體下游不遠(yuǎn)處開始著火，圖中A處2處為環(huán)流的順流區(qū)與主流區(qū)的邊界層，此處熱量、質(zhì)量交換非常強(qiáng)烈在邊界層處，氣流速度較低，點(diǎn)火源可能會在這個(gè)區(qū)域內(nèi)發(fā)生開始時(shí)，火焰很薄，象層流狀，隨著火焰向下游傳播，火焰變厚，湍流程度增加L為鈍體后回流區(qū)的特征長度Lu

D1A2A—著火區(qū)L—回流區(qū)特征長度圓棒鈍體后火焰穩(wěn)定46V形鈍體后尾跡的溫度場、速度場和燃料濃度場的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：有燃燒時(shí)，逆流區(qū)中：溫度場、濃度場是均勻的溫度接近于理論燃燒溫度，燃料濃度接近于0，說明在逆流區(qū)是均勻的熾熱燃燒產(chǎn)物在相同截面的主流區(qū)中：溫度場、濃度場也是均勻的燃料濃度較高，但溫度較低，故化學(xué)反應(yīng)速度不大，即使能被點(diǎn)燃，也會因氣流速度太大而被吹熄因此，在主流區(qū)中不可能穩(wěn)定燃燒處于主流區(qū)與回流區(qū)之間的順流區(qū)：下半部與逆流區(qū)（熾熱燃燒產(chǎn)物）進(jìn)行熱、質(zhì)交換上半部與主流區(qū)（新鮮可燃混合氣）進(jìn)行熱、質(zhì)交換在順流區(qū)內(nèi)，燃料濃度適中，氣流溫度較高，湍流強(qiáng)度也較大；加上順流區(qū)內(nèi)速度梯度較大，因而靠近回流區(qū)邊界的混氣層內(nèi)，必定有一個(gè)區(qū)域，氣流速度與預(yù)混可燃?xì)獾幕鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣认嗟戎鹪淳涂赡茉谶@個(gè)區(qū)域產(chǎn)生（相當(dāng)于上頁圖中的A區(qū)）47鈍體后回流區(qū)的溫度場48鈍體后回流區(qū)的速度場49鈍體后回流區(qū)的燃料濃度場502用鈍體時(shí)的火焰穩(wěn)定界限實(shí)驗(yàn)表明，利用鈍體穩(wěn)定火焰是有一定應(yīng)用范圍的，超過這個(gè)范圍火焰將被吹熄引起吹熄的臨界氣流速度稱為臨界火焰吹熄速度，簡稱吹熄速度在給定吹熄速度時(shí)，對應(yīng)有一個(gè)臨界的濃度界限處在濃度界限內(nèi)的預(yù)混可燃?xì)舛寄鼙３只鹧娣€(wěn)定影響火焰穩(wěn)定界限的因素有：燃料性質(zhì)、可燃混合氣成分；可燃混合氣流速及湍流強(qiáng)度；可燃混合氣溫度；鈍體形狀、尺寸；鈍體溫度；燃燒室壓力和溫度等51（1）燃料性質(zhì)及可燃混合氣成分的影響圖23、圖24（下頁圖）分別為FormanAWilliams提供的圓柱形鈍體和球形鈍體的火焰穩(wěn)定界限采用的是常溫、常壓的天然氣和空氣的混合氣由圖看出：對于給定的鈍體來說，當(dāng)混合氣成分接近化學(xué)當(dāng)量比時(shí)，吹熄速度uB最大在遠(yuǎn)離化學(xué)當(dāng)量比時(shí)，吹熄速度很快下降燃料性質(zhì)對鈍體后火焰穩(wěn)定界限有明顯的影響實(shí)驗(yàn)證實(shí)，凡層流火焰?zhèn)鞑ニ俣却蟮娜剂希鼈兊幕鹧娣€(wěn)定性能也好52圖23圓柱形鈍體的火焰穩(wěn)定界限壓力：1atm溫度：16~17oC反應(yīng)物：天然氣/空氣圓柱形鈍體直徑(mm)：1-12.5，2-7.9，3-4.8(無網(wǎng)格)，4-4.8(無網(wǎng)格)，5-4.8，6-3.2，7-3.2，8-2.4(無網(wǎng)格)，9-2.4，10-1.5(無網(wǎng)格)，11-1.5，12-0.9(無網(wǎng)格)，13-0.9，14-0.6(無網(wǎng)格)，15-0.4，16-0.4(無網(wǎng)格)，17-0.453球形鈍體直徑（mm）：1-132-5.33-4.85-2.5反應(yīng)物：天然氣/空氣圖24球形鈍體火焰穩(wěn)定界限54（2）可燃混合氣溫度、壓力的影響已知提高預(yù)混可燃混合氣的溫度，必將增大火焰?zhèn)鞑ニ俣纫虼?，提高氣流溫度將增大吹熄速度，擴(kuò)大火焰穩(wěn)定界限，其關(guān)系為：

uB

T1.2~1.76研究壓力對火焰穩(wěn)定性的影響，有重要的實(shí)際意義，尤其對航空發(fā)動機(jī)燃燒室更是如此一般認(rèn)為氣流（或燃燒室）壓力與吹熄速度的關(guān)系為：

uB

p圖25（下頁圖）為Dezubay迪朱貝提供的丙烷-空氣混合物的火焰吹熄特性參數(shù)uB

/(p0.95d0.85)和預(yù)混可燃?xì)獬煞种g的關(guān)系可以看出，壓力越高，火焰穩(wěn)定界限越寬采用的鈍體為圓盤55丙烷-空氣吹熄特性曲線盤形鈍體T

=90+30

Fu

：ft/sp：atmd

：inu

/(p0.95d0.85)1/(

L0)圖2556（3）主流速度和湍流程度的影響由上頁圖（圖25）可知：氣流速度增大，將縮小火焰的穩(wěn)定界限增大鈍體前主流湍流程度將減少火焰穩(wěn)定性因?yàn)橥牧鞒潭仍黾?，固然可以增大火焰?zhèn)鞑ニ俣?，但是由于湍流程度增加，使得邊界層?nèi)速度變得不穩(wěn)定，易于熄火而湍流強(qiáng)度和湍流尺度對火焰穩(wěn)定性分別有什么影響還不清楚57（4）鈍體型式及尺寸的影響7種型式的鈍體如圖所示Barrere巴雷爾與Mestre梅斯特里提供的實(shí)驗(yàn)結(jié)果(下頁圖)1/3/7號鈍體(上圖)吹熄特性曲線(下頁圖)鈍體寬度相同，均為5mm非流線型增加，火焰穩(wěn)定界限加寬可能是由于非流線型程度增加，使回流區(qū)增大最大的uB處于富燃料側(cè)12345675861416220102030405010空氣/丙烷u(m/s)化學(xué)當(dāng)量比混合物37711不同型式鈍體的吹熄特性曲線（丙烷-空氣）290K鈍體直徑5mm59鈍體尺寸對火焰穩(wěn)定性也有較大的影響圖23、24表示了這種關(guān)系在阻塞比相同的情況下，增大鈍體尺寸，回流區(qū)增大，火焰的穩(wěn)定界限增寬圖25為迪朱貝提供的曲線，同樣證實(shí)了鈍體尺寸d對穩(wěn)定性的影響由圖25可以給出u

、d、p之間的關(guān)系為：鈍體幾何形狀、尺寸對火焰穩(wěn)定性的影響，可粗略地由下式估計(jì)：其中Cx為鈍體迎面阻力系數(shù)60（5）燃燒室形狀和尺寸的影響實(shí)驗(yàn)表明：當(dāng)阻塞比較小時(shí)，增加阻塞比可以增加火焰的穩(wěn)定界限這是因?yàn)?，阻塞比增加時(shí)回流區(qū)長度比邊界層速度增加得快但是過分增加阻塞比，穩(wěn)定界限反而下降這是由于阻塞比增大時(shí)，回流區(qū)長度的增加比邊界層速度慢，火焰易被吹熄實(shí)驗(yàn)表明：加長燃燒室，將會縮小火焰的穩(wěn)定界限可能是鈍體后火焰前沿延伸過長產(chǎn)生干擾的結(jié)果61（6）聲學(xué)效應(yīng)實(shí)驗(yàn)表明：增大噪聲強(qiáng)度，對火焰穩(wěn)定性有不利的影響如果當(dāng)通道形燃燒室中火焰長度減小時(shí)，鈍體下游的噪聲強(qiáng)度將降低說明縮短火焰長度對火焰穩(wěn)定性起著有利的影響623利用鈍體使火焰穩(wěn)定的理論由以上討論知道，鈍體在高速氣流中能夠穩(wěn)定火焰，主要是在鈍體的尾跡中產(chǎn)生了一個(gè)特殊的氣流結(jié)構(gòu)—回流區(qū)，利用回流區(qū)提供了一個(gè)連續(xù)的點(diǎn)火源，這些是公認(rèn)的看法至于回流區(qū)在火焰穩(wěn)定中究竟起到什么作用，各個(gè)研究者有不同的看法。目前，主要有兩種理論：回流區(qū)點(diǎn)燃模型：認(rèn)為回流區(qū)中充滿著燃燒產(chǎn)物，其溫度接近于與來流對應(yīng)的絕熱火焰溫度這種理論的實(shí)驗(yàn)依據(jù)是圖20/21/22回流區(qū)中是高溫且燃料濃度接近于0的燃燒產(chǎn)物它是依靠逆流區(qū)的熾熱燃燒產(chǎn)物起著點(diǎn)燃新鮮預(yù)混可燃?xì)猓ㄖ髁鳎┑淖饔?3回流區(qū)燃燒模型：認(rèn)為回流區(qū)如同均勻攪拌反應(yīng)器那樣，新鮮預(yù)混可燃?xì)饧叭紵a(chǎn)物的均勻混合物在這里進(jìn)行快速反應(yīng)，從而產(chǎn)生熾熱的燃燒產(chǎn)物根據(jù)這個(gè)觀點(diǎn)，可把這個(gè)高溫、低速逆流區(qū)看作值班火焰當(dāng)回流區(qū)下游火焰熄滅后，只要回流區(qū)本身能夠維持燃燒，火焰就不會熄滅因而，把回流區(qū)本身的熄火看作是鈍體尾跡火焰穩(wěn)定的極限條件這個(gè)理論的實(shí)驗(yàn)依據(jù)是在有的實(shí)驗(yàn)中，曾測到鈍體后方熄火后尚存在殘余火焰的現(xiàn)象64（1）回流區(qū)點(diǎn)燃模型主要有希特林、戈利杰貝格，和朱科斯基、馬布爾的兩種理論希特林和戈利杰貝格的工作：將充滿燃燒產(chǎn)物的回流區(qū)看成是一個(gè)熾熱物體因此，可以將熾熱物體點(diǎn)火的公式直接推廣到回流區(qū)點(diǎn)燃條件中，也就是火焰穩(wěn)定條件中來臨界著火距離的公式為：當(dāng)著火距離等于回流區(qū)長度，即xi=L時(shí)，上面公式就成為火焰穩(wěn)定的臨界條件其中：Tm為絕熱火焰溫度；T

為主流溫度；

m是Tm時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)；Q和wi為預(yù)混可燃?xì)獾姆磻?yīng)熱和反應(yīng)速率(13)65假想的熾熱物體與主流間的純熱交換的努塞爾數(shù)取下面的經(jīng)驗(yàn)公式：其中，m及t由實(shí)驗(yàn)決定根據(jù)火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊墓?，有：假定Pr=1和，將上面關(guān)系代入（13），經(jīng)整理可得臨界吹熄速度：上述火焰穩(wěn)定條件還可以寫成多種不同形式如果令：

f=L/uB為流動特征時(shí)間或稱停留時(shí)間

c=a

/(SL)2為反應(yīng)特征時(shí)間或稱反應(yīng)時(shí)間則式（16）可改寫成：(14)(15)(16)(17)66如果取回流區(qū)長度的經(jīng)驗(yàn)公式為：L

dn其中：n由實(shí)驗(yàn)確定。再令：Pef,

為火焰的貝克來(Pecler)數(shù)。假定Pr=1，代入式（17），可得：希特林和戈利杰貝格提供的實(shí)驗(yàn)曲線如圖可以整理成經(jīng)驗(yàn)公式為：它與式（19）相符合由式（20）可知：吹熄速度正比于鈍體直徑，即：吹熄速度與壓力的關(guān)系為：如果碳?xì)浠衔锱c空氣的反應(yīng)級數(shù)n

=1.5~2，則：(18)(19)(20)(21)(22)(23)67吹熄特性1.52.92.72.52.32.11.91.73.43.84.24.65.05.45.86.2ln(SLd/a

)ln(u

d/

)吹熄特性68朱科斯基和馬布爾的工作：得到了回流區(qū)點(diǎn)燃模型的另一種表達(dá)方式。朱科斯基和馬布爾認(rèn)為臨界吹熄條件應(yīng)滿足：

c=

i其中：

c為可燃混合氣與回流區(qū)熾熱氣體的接觸特征時(shí)間

i為可燃混合氣的反應(yīng)特征時(shí)間接觸特征時(shí)間由下式給出：

c=L/uB=d/uB其中：L是回流區(qū)長度，并假設(shè)L與鈍體尺寸d成正比反應(yīng)特征時(shí)間

i取預(yù)混可燃?xì)獾闹鸶袘?yīng)期，（見著火與熄火一章），即：由于wi

pn，

p故

i(1/p)(24)(25)(26)69由實(shí)驗(yàn)知道，點(diǎn)火時(shí)間是回流區(qū)溫度的函數(shù)，也是燃料濃度的函數(shù)，由式（25）、式（26）可以寫出：這個(gè)關(guān)系與式（19）是一致的由回流區(qū)點(diǎn)燃模型所建立的關(guān)系式，式（19）和式（27），雖然和實(shí)驗(yàn)結(jié)果式（20）有一些差別，但就其理論的主要方面還能用來解釋鈍體穩(wěn)定火焰的機(jī)理(19)(20)(27)70（2）回流區(qū)燃燒模型Longwell朗格韋爾首先提出了回流區(qū)燃燒的攪拌反應(yīng)器模型Longwell把回流區(qū)看成是一個(gè)均勻攪拌反應(yīng)器假設(shè)在體積為V的回流區(qū)中，進(jìn)行著快速燃燒，進(jìn)出回流區(qū)的未燃?xì)怏w及燃燒產(chǎn)物的質(zhì)量流量為G可根據(jù)7章均勻攪拌反應(yīng)器理論，同樣推導(dǎo)出給定可燃混合氣的臨界火焰穩(wěn)定條件：在推導(dǎo)上式時(shí)，忽略了鈍體主流的熱損失，并假設(shè)按二及反應(yīng)進(jìn)行式（28）說明，當(dāng)回流區(qū)容積V、壓力p一定時(shí)，對給定的可燃混合氣，存在著一個(gè)極限流量，如果超過這個(gè)臨界流量，火焰就要被吹熄由于V、G不易測定，需要用臨界吹熄速度uB及鈍體特征尺寸d替換(28)71因?yàn)椋?V

d3

及 G=

FuB

pd2uB這里F是面積，代入式（28）得到：式（29）與式（19）、式（27）是一樣的Longwell利用迪朱貝提供的圓盤形鈍體的吹熄特性實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證回流區(qū)燃燒攪拌反應(yīng)器模型的正確性迪朱貝提供的關(guān)系式為：Longwell作了一點(diǎn)改變，吹熄特性曲線的縱坐標(biāo)取uB/(d

0.85p)，即：(29)(31)(30)72Longwell將計(jì)算結(jié)果用實(shí)線畫在迪朱貝的吹熄特性曲線上并選用下面動力學(xué)參數(shù)：k0,i=4

1012，E=16.7

104由圖可見，實(shí)驗(yàn)點(diǎn)與理論計(jì)算符合的很好這里longwell提供了一個(gè)用火焰穩(wěn)定界限的數(shù)據(jù)，來確定預(yù)混可燃?xì)饣瘜W(xué)動力學(xué)參數(shù)的方法1.51.02.0

[u

/(d0.85p)]10-30.4124681020吹熄特性曲線理論曲線Longwell曲線73§8-4預(yù)混合氣火焰穩(wěn)定的其它方法高速氣流中，為防止火焰吹熄，而采用的穩(wěn)定火焰的方法很多其基本原理正如上一節(jié)闡明的那樣，可以通過：流體力學(xué)原理\或化學(xué)動力學(xué)原理\或者兩者結(jié)合使火焰達(dá)到穩(wěn)定的目的下面介紹一些典型的方法：1用回流熱氣體穩(wěn)定火焰由上節(jié)可知，用鈍體穩(wěn)定火焰的基本原理是利用高溫回流氣體保持點(diǎn)火所必須的能量利用回流區(qū)穩(wěn)定火焰，除了利用鈍體的方法外，還有其它的一些方法都可以穩(wěn)定火焰，例如：偏轉(zhuǎn)射流（突然轉(zhuǎn)彎）/壁面凹槽/突然擴(kuò)張74用偏轉(zhuǎn)射流（或突然轉(zhuǎn)彎）使火焰穩(wěn)定的原理，如圖所示其穩(wěn)定火焰也是依靠熾熱氣流的回流回流區(qū)的長度L取決于燃燒室的進(jìn)氣寬度b和燃燒室高度h的比值回流區(qū)bL偏轉(zhuǎn)射流穩(wěn)定火焰原理圖h75偏轉(zhuǎn)射流燃燒室的火焰穩(wěn)定特性如圖所示縱坐標(biāo)用臨界吹熄時(shí)間

=L/uB表示橫坐標(biāo)為當(dāng)量比

從圖看出：臨界吹熄時(shí)間

和比值b/h無關(guān)在當(dāng)量比

=1時(shí)，火焰臨界吹熄時(shí)間

最短0.80.61.01.21.400.51.01.52.02.5

(ms)b/h=1/16b/h=1/8b/h=1/4b/h=1/276用壁面凹槽使火焰穩(wěn)定的原理如圖所示在凹槽處產(chǎn)生回流區(qū)實(shí)驗(yàn)表明：高速預(yù)混可燃?xì)饬髂軌蛴帽诿姘疾凼够鹧娣€(wěn)定隨壁面凹槽深度h的增加，其穩(wěn)定范圍擴(kuò)大其穩(wěn)定特性也可以用與上述偏轉(zhuǎn)射流類似的坐標(biāo)表示u

回流區(qū)用壁面凹槽使火焰穩(wěn)定原理圖h77突擴(kuò)燃燒室穩(wěn)定火焰的原理如圖所示在突擴(kuò)處產(chǎn)生回流區(qū)還可以用其它一些方法來穩(wěn)定火焰例如可以采用逆向射流穩(wěn)定火焰用突擴(kuò)燃燒室穩(wěn)定火焰原理圖u

回流區(qū)78逆向射流穩(wěn)定火焰的原理如圖所示穩(wěn)定火焰的機(jī)理類似于鈍體，它是在高速可燃?xì)饬髦猩淙胍还赡嫦蛏淞鳎諝饣蚧旌蠚猓﹣矸€(wěn)定火焰的在主流中射入一股逆向射流后，射流將逐漸減速，直到在射流頂部形成一個(gè)滯止區(qū)，從這里開始，射流部分結(jié)構(gòu)特性象一個(gè)鈍體，在滯止區(qū)與噴口之間形成環(huán)流區(qū)和回流區(qū)滯止區(qū)里主流及逆向射流的混合氣在回流的熾熱氣體的點(diǎn)燃下，成為一個(gè)穩(wěn)定的點(diǎn)火區(qū)，初始火焰在這里產(chǎn)生并向外傳播，在主流的作用下，火焰呈拋物面形回流區(qū)滯止區(qū)火焰火焰u

逆向射流穩(wěn)定火焰原理圖79滯止區(qū)及環(huán)流區(qū)的位置及大小視主流及逆向射流的相對速度而定逆向射流可以看作是一個(gè)可變鈍體改變逆向射流氣體成分、溫度、壓力或流量，可以調(diào)節(jié)回流區(qū)大小，從而使不同工況下的火焰都能達(dá)到穩(wěn)定例如：逆向射流噴射的是空氣或貧燃混合氣，它可以擴(kuò)大主流為富燃料的火焰穩(wěn)定范圍如果射流為富燃料混合氣，那么可以擴(kuò)大主流為貧燃料的火焰的穩(wěn)定范圍逆向射流穩(wěn)定火焰的優(yōu)缺點(diǎn)：逆向射流穩(wěn)定火焰的性能比鈍體好壓力損失也比鈍體小當(dāng)不需要用的時(shí)候，在主流中僅留下一根流線型噴管，流阻很小缺點(diǎn)是要附加一套噴射系統(tǒng)，如抽取主流氣體，將影響發(fā)動機(jī)的總效率802用金屬棒（絲、環(huán)）穩(wěn)定火焰當(dāng)預(yù)混可燃?xì)怏w流速超過某一值時(shí)，火焰就不能穩(wěn)定在噴口上方，而要被氣流吹脫如果在氣流軸向放置一根金屬棒（或在噴管出口橫向放置一根金屬棒或金屬環(huán)），就能使火眼穩(wěn)定在這些障礙物的上方(如下面圖所示)下面就以插入金屬棒為例說明火焰穩(wěn)定機(jī)理用金屬棒（或環(huán)）穩(wěn)定火焰(a)(b)(c)81在高速氣流中插入金屬棒后，在噴嘴出口處，棒端會產(chǎn)生一個(gè)倒錐火焰（上頁圖）這是因?yàn)樵诟咚贇饬髦胁迦虢饘侔艉?，斷面速度分布發(fā)生了變化（下頁圖）。在棒的端面處，即a-a

截面處，由于粘性力的作用，在棒表面產(chǎn)生了邊界層，其表面速度為0因此，在a-a

截面上，氣流速度均大于火焰?zhèn)鞑ニ俣?，火焰被吹向下游在b-b截面處，氣流速度雖有所增加，但熄火效應(yīng)大為降低，熄火距離縮短，有可能在該端面處氣流速度及火焰?zhèn)鞑ニ俣确植记€相切，即建立了一個(gè)穩(wěn)定的著火源在離噴口更遠(yuǎn)些的c-c截面，由于氣流速度增加很快，此時(shí)的氣流速度總大于火焰?zhèn)鞑ニ俣龋鹧鎸⒈淮迪?2如果將金屬棒加熱，則棒表面的熄火距離縮小，有可能在棒表面附近的火焰?zhèn)鞑ニ俣惹€與氣流曲線相切，使火焰不是在棒的端部穩(wěn)定，而是在棒表面任意處穩(wěn)定這里熾熱的金屬棒起到引燃火焰的作用aaSLSLuuccSLSLuubbSLSLuu83埃比爾和劉易斯研究了在層流氣流中插入金屬棒后的火焰穩(wěn)定問題氣流在圓管和金屬棒之間的環(huán)形空間流動時(shí)，其速度分布可按下式計(jì)算對應(yīng)的流量為：其中

p/l為單位長度阻力損失；

為可燃混合氣的粘性系數(shù)；R和Rw為噴口和金屬棒半徑邊界處速度梯度為：將（33）代入上式，并令b

Rw/R，最后可得臨界吹熄速度梯度：(34)(33)(32)(35)84下圖分別為劉易斯提供的氣流中插入金屬棒使火焰穩(wěn)定的臨界吹熄流量以及臨界吹熄速度梯度和預(yù)混可燃?xì)怏w成分之間的關(guān)系預(yù)混可燃?xì)鉃樘烊粴夂涂諝獾幕旌衔锝饘侔糁睆饺鐖D天然氣濃度%6.06.87.604080120160200240天然氣流量,cm3/s孔徑0.879cm1.0681.4175.66.47.27.66.06.801000200030004000500060007000孔徑(cm)1.4171.0680.879天然氣濃度%gB(1/s)左圖看出：噴口直徑增加，同一燃料濃度情況下，臨界吹熄流量增加右圖看出：給定預(yù)混氣濃度下，臨界吹熄速度梯度與噴口直徑無關(guān)853用值班火焰使火焰穩(wěn)定在高速氣流下火焰不穩(wěn)定的基本原因是在火焰根部沒有一個(gè)穩(wěn)定的點(diǎn)火源，那么，最直接的辦法是設(shè)法在火焰根部處人為地設(shè)置一個(gè)固定的點(diǎn)火源，即引燃火焰或值班火焰如下頁（a）圖所示，在噴口外面加一同心套筒，夾層內(nèi)通以低速的預(yù)混氣體，點(diǎn)燃后作為值班火焰，以確保本生燈火焰能夠穩(wěn)定在噴口上方下頁（b）圖所示的是一種值班火焰和凹槽結(jié)合的穩(wěn)定火焰的噴嘴值班火焰的噴射在凹槽管壁上，以降低噴出速度，擴(kuò)大值班火焰的燃燒范圍值班火焰的燃?xì)饬靠梢赃_(dá)到主噴嘴的20~30%8621(a)(b)值班火焰1-值班火焰 2-主火焰87用值班火焰來穩(wěn)定高速氣流中的火焰，其機(jī)理可以看作是把熾熱氣流射入高速的、冷的未燃混合氣中，在兩股氣流的邊界處，進(jìn)行強(qiáng)烈的熱量和質(zhì)量交換，使冷的未燃混合氣溫度升高，反應(yīng)速度加快。而達(dá)到著火燃燒從點(diǎn)燃理論看，這是一個(gè)熱射流點(diǎn)燃問題，第7章已經(jīng)討論過，這里僅對火焰的穩(wěn)定性作一粗略估算可以看出，要保證主氣流火焰穩(wěn)定，就是要使流過的冷的預(yù)混可燃?xì)庠谟龅街蛋嗷鹧婧竽苤?、燃燒換句話說，要使流過的預(yù)混可燃?xì)獾南乃俾蚀笥诨蛑辽俚扔谕ㄟ^的質(zhì)量流量即： A

u

<

wiV其中：A為主流截面積；

為預(yù)混可燃?xì)獾拿芏?；wi為預(yù)混可燃?xì)怏w的反應(yīng)速率；V為流過的預(yù)混可燃?xì)獾捏w積。則臨界吹熄速度為：(36)(37)88wi作為常量處理由于火焰?zhèn)鞑ニ俣葹椋阂虼?，反?yīng)速率為：代入式（37）可得到：即：其中：d為冷的預(yù)混可燃?xì)馍淞鞯奶卣鞒叽?；p為預(yù)混可燃?xì)獾膲毫τ墒剑?1）可知：臨界吹熄速度與射流特征尺寸/預(yù)混可燃?xì)鈮毫Τ烧扰R界吹熄速度與火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊钠椒匠烧葘?shí)驗(yàn)證明這個(gè)結(jié)論是正確的(38)(39)(40)(41)89用值班火焰來穩(wěn)定高速氣流火焰的方法，在沖壓式發(fā)動機(jī)燃燒室以及某些液體火箭發(fā)動機(jī)燃燒室中也有應(yīng)用這個(gè)方法的缺點(diǎn)是：須要附加設(shè)備值班火焰本身也可能被吹熄在高速氣流中放置一個(gè)熾熱固體與值班火焰的作用是一樣的例如，采用耐火材料的燃燒坑道，熾熱的表面在運(yùn)行中能起到穩(wěn)定火焰的作用90§8-5湍流擴(kuò)散火焰穩(wěn)定的方法擴(kuò)散火焰穩(wěn)定性和預(yù)混火焰有很大不同預(yù)混火焰存在回火和吹熄現(xiàn)象由于射流擴(kuò)散火焰前沿必須出現(xiàn)在燃料和氧化劑按化學(xué)當(dāng)量比的位置上,因此不可能有回火現(xiàn)象,但是存在著吹熄問題預(yù)混火焰防止吹熄的基本條件是在火焰根部產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的點(diǎn)火源對擴(kuò)散火焰來說,為了防止吹熄,除在火焰根部產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的點(diǎn)火源外,還必須連續(xù)地保持可燃混合物有著火所需要的合適的濃度(即符合化學(xué)當(dāng)量比)因此擴(kuò)散火焰的穩(wěn)定更復(fù)雜91高速氣流中防止擴(kuò)散火焰吹熄或保持火焰穩(wěn)定的方法通常和高速氣流中預(yù)混火焰穩(wěn)定的方法相同使用最普遍的是產(chǎn)生回流區(qū)來穩(wěn)定火焰前面已經(jīng)討論過的產(chǎn)生回流區(qū)的方法有:鈍體偏轉(zhuǎn)射流壁面凹槽逆向射流旋轉(zhuǎn)射流上一節(jié)還討論用旋轉(zhuǎn)射流的方法產(chǎn)生回流區(qū)，它是使擴(kuò)散火焰穩(wěn)定經(jīng)常使用的方法下面介紹其它一些方法:921用環(huán)狀射流和同軸射流穩(wěn)定火焰環(huán)狀射流的特征是在噴口邊緣產(chǎn)生由環(huán)狀射流所包圍的回流區(qū)Chigier和beer提供的環(huán)狀射流的流線圖，如圖所示由圖看出，呈環(huán)狀噴出的流股，最初向中央彎曲，合流后形成近似于通常實(shí)心射流的速度分布，并且逐漸擴(kuò)張4612810202468

外側(cè)邊界軸向距離(cm)徑軸向距離(cm)圖39環(huán)狀射流流線同軸射流噴嘴結(jié)構(gòu)93同軸射流由環(huán)狀射流和中心射流組合構(gòu)成流動特性隨兩者的動量比而有所不同中心射流占總流量5%時(shí)的同軸射流的流線如圖所示在環(huán)狀射流內(nèi)邊界與中心射流外邊界相連接處產(chǎn)生了兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向相反的回流區(qū)如果中心射流出口速度非常大，則中心射流的影響起主要作用，環(huán)狀射流在比較短的時(shí)間內(nèi)被完全吸收如果兩者速度相同，則兩種流股不彎曲而合流下頁圖4094圖40同軸射流流線95環(huán)狀射流及同軸射流的軸向速度分布曲線如圖所示圖中

表示環(huán)狀射流出口速度uOX,0和中心射流出口速度uF,0之比，即：

=uOX,0/uF,0a）為環(huán)狀射流占主導(dǎo)地位（

）b）為中心射流占主導(dǎo)地位（

=0.177），速度分布實(shí)際上由中心射流的強(qiáng)度所決定c）為兩種射流速度相近的情形（

=1.17）下頁圖4196圖41軸向速度分布a)環(huán)狀射流占主導(dǎo)地位b)中心射流占主導(dǎo)地位c)同軸射流97如39/40圖所示，環(huán)狀射流和同軸射流之所以能夠產(chǎn)生回流區(qū)，主要利用噴口邊緣有一定的厚度這個(gè)厚度增加，回流區(qū)將擴(kuò)大如果變薄，回流區(qū)縮小，當(dāng)過分薄時(shí)，將失去回流區(qū)，也起不到穩(wěn)定火焰的作用如果旋轉(zhuǎn)射流和環(huán)狀射流結(jié)合，就形成環(huán)狀旋轉(zhuǎn)射流（如圖下頁所示）對強(qiáng)旋流強(qiáng)度而言，有兩種氣流結(jié)構(gòu)42/b為完全放射狀射流（又稱全擴(kuò)散氣流），它是在很大的旋流強(qiáng)度下產(chǎn)生的42/a為準(zhǔn)放射狀射流（又稱開放氣流），旋流強(qiáng)度小一些從火焰穩(wěn)定角度看，由實(shí)踐證明適中的回流區(qū)較合適全擴(kuò)散型，由于過分卷吸，由于造成噴口附近溫度過高，引起噴口燒壞等一些問題工程上建議采用開放氣流型，而避免用全擴(kuò)散氣流型98圖42環(huán)狀射流氣流形式99圖43旋轉(zhuǎn)射流燃燒器100如果采用鈍體還不足以保證擴(kuò)散火焰穩(wěn)定，往往再增加氣流旋轉(zhuǎn)，以加強(qiáng)火焰的穩(wěn)定效果圖43/a就是利用鈍體和環(huán)狀旋轉(zhuǎn)射流相組合的原理設(shè)計(jì)的燃燒器火焰外部內(nèi)部和都存在回流區(qū)，火焰內(nèi)部回流區(qū)起著穩(wěn)定火焰的作用圖43/b為利用同軸射流原理設(shè)計(jì)的燃燒器如果火焰外部回流氣流冷卻了火焰，不利于著火，可以專門通入熱氣流以消除它的影響1012用大速差同向射流穩(wěn)定火焰大速差同向射流是適合于氣體、液體和煤粉射流燃燒的一種強(qiáng)化燃燒和穩(wěn)定火焰的新技術(shù)1985年傅維標(biāo)等人首次成功地用冷風(fēng)啟動貧煤燃燒室（預(yù)燃室是大型煤粉鍋爐的點(diǎn)火裝置）用旋轉(zhuǎn)射流和鈍體穩(wěn)定煤粉預(yù)燃室時(shí)遇到的問題圖44/a表示旋流器后回流區(qū)結(jié)構(gòu)示意圖以及橫斷面的溫度和煤粉濃度分布情況煤粉濃度分布呈馬鞍型，溫度分布呈高斯型，兩者不匹配煤粉-空氣（一次風(fēng)）混合氣流由于離心力的作用，大部分煤粉被甩向壁面，使得煤粉濃度大的區(qū)域遠(yuǎn)離高溫區(qū)，煤粉只能依靠湍流擴(kuò)散作用受到回流區(qū)的加熱對難于著火的貧煤、劣質(zhì)煙煤和無煙煤來說，在這種情況下，會出現(xiàn)燃燒不穩(wěn)定102圖44/b表示用鈍體來穩(wěn)定煤粉預(yù)燃室火焰的回流區(qū)結(jié)構(gòu)、溫度、濃度分布，類似于旋轉(zhuǎn)射流方法圖44/a和圖44/b所示的火焰穩(wěn)定器的另一缺點(diǎn)是回流區(qū)太短，它不能將遠(yuǎn)處更高溫度的煙氣卷吸回來，因此回流區(qū)溫度較低103采用大速差同向射流新技術(shù)能夠克服上述兩個(gè)缺點(diǎn)，其原理如上頁圖44/c所示煤粉-空氣（一次風(fēng)）混合物射流由噴口軸向進(jìn)入，氣流速度約20m/s，離軸線某一半徑處開幾個(gè)小孔，通以蒸汽（或壓縮空氣），速度以接近音速為佳這樣，低速的煤粉-空氣射流與高速的蒸汽（或空氣）射流便組成了大速差同向射流由于高速射流的強(qiáng)烈引射，使中心的低速射流中的空氣（包括一小部分細(xì)煤粉）被卷吸到高速射流中去，在低速射流下游造成負(fù)壓，而產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)度很大、長度很長的回流區(qū)由于慣性作用，而大部分煤粉繼續(xù)作直線運(yùn)動，進(jìn)入了高溫回流區(qū)，它使橫斷面的煤粉濃度分布與溫度分布都呈高斯型，匹配良好。這是過去的所有燃燒器都很難做到的。由于回流區(qū)很長，可以將遠(yuǎn)處的高溫?zé)煔饩砣牖亓鲄^(qū)中，因此回流區(qū)溫度比現(xiàn)有穩(wěn)定器所產(chǎn)生的回流區(qū)溫度高得多進(jìn)入回流區(qū)的煤粉，受到高溫回流氣的加熱，使得揮發(fā)分的析出過程加速，著火燃燒加快，因而燃燒強(qiáng)化，燃燒溫度提高產(chǎn)生的高溫燃?xì)庥植糠值鼗氐交亓鲄^(qū)，這樣往復(fù)不斷地建立了強(qiáng)化而穩(wěn)定的燃燒過程實(shí)驗(yàn)證明，這種新技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡單、燃燒強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好及無級調(diào)溫的特點(diǎn)，能用冷風(fēng)啟動燃用貧煤、劣質(zhì)煙煤的預(yù)燃室該燃燒器新技術(shù)，對于無煙煤也有明顯的強(qiáng)化燃燒的作用1043氣液兩相混合氣中的火焰穩(wěn)定前面討論了在預(yù)混可燃?xì)獾臈l件下，用鈍體穩(wěn)定火焰的基本原理這些原理也適用于預(yù)蒸發(fā)的液體燃料的燃燒以及容易蒸發(fā)的液霧燃燒兩相混合氣：如果霧化較差，進(jìn)氣溫度也較低，則到達(dá)鈍體時(shí)不能全部蒸發(fā)，因此在鈍體后的回流區(qū)中除了有氣態(tài)預(yù)混氣外，還有一部分液滴，這種既有氣態(tài)又有液態(tài)的混合氣稱為兩相混合氣兩相混合氣火焰穩(wěn)定的基本原則與預(yù)混合氣相同，還是依靠回流熱氣體使液滴蒸發(fā)，并提供氣-汽混合氣足夠的點(diǎn)火能量但兩相混合氣的火焰穩(wěn)定特性與均勻混合氣又有很大不同105氣液兩相火焰的穩(wěn)定原理如圖所示（下頁圖45）根本區(qū)別是由于兩相混合氣中夾雜有液滴當(dāng)流過鈍體時(shí)，由于慣性力的作用，油滴不能隨氣流流線繞過鈍體，而堆積在鈍體壁面上形成油膜這油膜可以直接或間接地吸收回流區(qū)的熱量而蒸發(fā)成汽體鈍體上蒸發(fā)的油汽，通過湍流質(zhì)量交換進(jìn)入回流區(qū)邊界層，增加了邊界層內(nèi)混合氣的燃料濃度因此在主流區(qū)中的過量空氣系數(shù)

很大，大大超過燃料濃度下限；在回流區(qū)邊界處局部的過量空氣系數(shù)

M可以不大，可能仍在點(diǎn)火濃度界限之內(nèi)從而保證了火焰的穩(wěn)定，擴(kuò)大了貧油側(cè)的吹熄界限過量空氣系數(shù)

=余氣系數(shù)

106圖45汽液兩相火焰穩(wěn)定原理圖類似地如果主流中過量空氣系數(shù)

等于或略小于1，由于鈍體油膜的蒸發(fā)，會使邊界層處局部過量空氣系數(shù)更小，使火焰吹熄，從而使富油側(cè)的熄火界限縮小。這樣，整個(gè)吹熄特性曲線向貧油區(qū)方向移動由于燃燒室內(nèi)過量空氣系數(shù)

一般大于或接近于1，因而油膜蒸發(fā)將使邊界層局部過量空氣系數(shù)

M小于1結(jié)果，兩相混合氣的吹熄速度比均勻混合氣低油膜u

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蒸發(fā)的油氣107由此可以看到，對均勻混合氣而言，主流的過量空氣系數(shù)與局部的過量空氣系數(shù)基本相同因此，只要主流過量空氣系數(shù)在火焰穩(wěn)定范圍內(nèi)，火焰就能穩(wěn)定而不被吹熄對氣液兩相混合氣而言，由于油滴的存在，使得主流過量空氣系數(shù)與鈍體后邊界層局部過量空氣系數(shù)不同決定火焰穩(wěn)定界限的是局部過量空氣系數(shù)而局部過量空氣系數(shù)大小不僅與氣流溫度、速度、壓力、主流過量空氣系數(shù)有關(guān)，而且還與鈍體尺寸、形狀、霧化質(zhì)量、燃料性質(zhì)等許多因素有關(guān)因此，兩相混合氣的火焰的穩(wěn)定要比均勻混合氣復(fù)雜得多108下面討論影響兩相混合氣火焰穩(wěn)定的幾個(gè)因素：氣流溫度提高,可以擴(kuò)大富油熄火界限由于氣流溫度增加,改善了油滴的蒸發(fā),使主流中氣態(tài)燃料增多,液態(tài)油滴減少,從而使降落在鈍體上的油滴減少，油的蒸發(fā)量也相應(yīng)減少，從而，鈍體后邊邊界層局部油汽濃度降低，擴(kuò)大了富油熄火界限增加溫度對貧油熄火界限的影響影響比較復(fù)雜，隨溫度提高，貧油熄火界限開始擴(kuò)大，而后縮小。因?yàn)樵跍囟容^低時(shí)，易出現(xiàn)鈍體供熱不足因此，提高溫度，可以使鈍體表面蒸發(fā)的油量增多，使局部濃度增大，因而，擴(kuò)大了貧油熄火界限當(dāng)溫度提高到一定程度后，由于落在鈍體表面上的油滴越來越少，落到鈍體表面上的少量油滴立即汽化成一層汽膜，反而阻礙了油滴與鈍體表面的傳熱，從而縮小了貧油的熄火界限109增加氣流速度，相應(yīng)地增加了油滴慣性，使堆積在噸體表面上的油滴增多，蒸發(fā)量增大，使鈍體后邊界層局部濃度增加，導(dǎo)致富油熄火界限縮小氣流速度增加，將擴(kuò)大貧油熄火界限這是由于，氣流速度增加，油膜增厚，油滴因蒸發(fā)吸收的熱量也增加，降低了鈍體表面溫度，消除了汽障現(xiàn)象，從而擴(kuò)大了貧油