燃气燃烧的火焰传播的基本概念

1、燃气燃烧的火焰传播的基本概念一切可燃混合气的正常燃烧过程，都是由 着火和燃烧两个阶段所组 成。可燃混合气在某一个区域点燃之后，为保持其连续燃烧，应使 火焰从这个区域传播开去，所以研究燃气燃烧的火焰传播，实际上 是讨论火焰在可燃混合气中不断传播的过程，讨论火焰传播现象的产生、 发展和传播条件以及影响火焰传播的各种因素。火焰传播速度是燃气燃烧最重要的特性之一，它不仅对火焰的稳定性和燃气的互换性有很大影响，而且对燃气燃烧方法的选择、燃烧器的 设计和燃气的安全使用等，均有重要的实际意义。1 火焰的传播在工程实际中，一般都用点火的方法使燃气和空气混合物着 火。因此当点火使可燃混合气某一局部着火时，在着火

2、处就形成一层极薄的火 焰面。在这层火焰面内燃烧化学反应产生很高的温度，并在其边界上形成 较大的温度梯度，从而产生了强烈的热量和质量交换，使邻近较冷的新鲜 可燃混合气层温度升高，当达到着火温度时，就着火燃烧，形成新的火焰 面，这样一层一层地，使每层气体都相继经历加热、着火和燃烧的过程, 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.焰面未燃气体与燃烧产物的分界面称为焰面或燃烧前沿面、火焰前锋面。实验表明，化学反应不是在整个混合气体内同时发生，而 是集中在这 薄薄的一层，厚度为几百甚至几十微米的火焰面内，并逐层进行。3.火焰传播方式火焰传播的方式有两大类，正常火焰传播或非正常火焰传 播

3、。正常火焰传播，仅仅是由于传热和传质的作用，炽热的焰面将热量传给邻近的未燃混合气体层，使其着火燃烧，并一层层依次 将火焰传播 到整个可燃混合气。根据气体流动状态，正常火焰传播 可分为=静止状 态、层流状态、紊流状态下的正常火焰传播。它们均属于等压条件下的稳 态燃烧，其火焰传播速度，即火焰焰面向前 移动的速度 S,通常从每秒不足 1 米至每秒数米、数十米，一般工业炉燃烧室中的燃烧传播，都属于此类 型。非正常火焰传播，发生在不等压条件下，通常有两种情况。一是爆炸，发生在均相（或非均相）的燃料/空气混合物密闭容器内。或者 是由于外界加热，使整个容积达到着火温度，使容器内的可燃混合物同时 瞬间反应，伴

4、随着系统压力急速增加；或者是密闭容器内可燃混合物局部 着火时，由于燃烧反应传热和高温燃烧产物的热膨胀，引起压力急剧增 加，压缩未燃的可燃混合物，使它们处于绝热压缩状态。当未燃气体达到 着火温度时，容器内的全部可燃混合物将在瞬间完全反应，伴随着容器内 的压力猛烈增大，也就发生了爆炸。另外一种非正常火焰传播为爆震，发生在管状容器中。当在短管中燃烧可燃混合气时，从开口端点火，燃烧过程在恒压条件下进行，属于 正常火焰传播；如果在长管中燃烧，火焰传播开始是按与短管条件类似的 机理进行，但很快，在长度等于管径的 以后，反应便明显开始加速。很快形成一种速度很大的压力波，或爆震 波，使火焰传播速度变得很大（可

5、达每秒数千米）,这就是爆震，或称 爆燃。爆震波的产生，是由于后面的可燃混合气部分燃烧之后, 使前面未燃混合气体发生了绝热压缩，并使火焰以压力波的形式传 播。常见燃气同氧的混合物，在化学计量浓度时，爆震波的速度和压力如表 3 4 1o表 3-4-1 常见燃气同氧的混合气发生爆震波的速度和压力（化学计量浓度时）燃气 爆震波速度/m s-l 爆震波压力/MPaCO1930 2.1H2 28212.0CH423223.1C2H42450 3.4爆震波的温度可高达 6000K,其破坏力比爆炸更大。在工业与民用设备中的燃气燃烧过程，都属于正常火焰传播，因此爆炸与爆震都不属本课程研究的范围。4 燃烧室中火焰

6、焰面的位置燃气在燃烧室空间的实际燃烧过程是可燃混合气连续流动，并要求火焰的中心位置稳定在燃烧室中，这就要求燃烧前沿面注定 而不移动。这一状态是依靠气流速度与火焰传播速度之间的相对平衡来实现的。匀分布的可燃混合气流中作正常传播，火焰传播速度为S,焰面正好设有一平面火焰焰面，在一迎面而来的速度为。且沿断面均与气流速度方向垂直，则 W 与 S 之间的平衡关系决定了燃烧前沿面在 燃烧 室中的位置，如图 3-4-1出现回火；图（C）I s I w|,燃烧前沿面向气流下游燃烧产物方向移动（往 右） ,则出现脱火或吹熄。5.正常火焰传播时的火焰传播速度对正常火焰传播过程，其火焰传播速度根据混合气流的状态不同，又有多种表示。在静止或层流状态下，焰面呈平面，燃烧传播速度分布沿断面是均匀的，其方向沿断面的法线方向。这时的燃 烧传播物理意义为，单位时间内，在单位火焰面积上，所燃烧的可燃混合气体 积：在紊流