回流区火焰稳定原理
2、任意方向火焰稳定条件a Nhomakorabeaa 为火焰锋面
法向稳定条件－余弦定律：
u vn v cos
切向稳定条件：
有一个稳定的点火源。 锥形火焰稳定条件：1、余弦定律；2、稳定的点火源。
气流流速增大
气流流速减小
二、回流区流谱和稳定火焰工作原理
1、回流区的建立
加力燃烧室
（1）扰流器的作用 （2）离心喷嘴刚喷出的油膜 （3）油膜破裂后的散射
最小点火能量和混气的流速、温度、压力、导热系
数、浓度、燃料性质、雾化、蒸发掺混及电极间的距离等 因素有关
3、点火性能准则
点火性能准则参数： I f [
1.5 Ei0.25 Am P21.5T2
ma (Pft / q m ) 0.5
I值高，点火性能好
.
]
I f[
Ei0.25 P 0.5T 2.5 C m ( Pft / q m )
§4 燃烧室的点火及火焰稳定
燃烧室点火基本概念、点火理论和 点火系统
火焰稳定的基本概念和机理
§4-1 燃烧室的点火
一、点火概述 二、点火理论
1、点火机理 (a) (b) 热理论 电离理论
2、最小点火能量
最小点火能量 半经验公式： E min
k d ( )(Tb T0 ) un
2
主燃烧室
2、回流区流谱
四心、四区
上涡心、下涡心、前死心、后死心 顺流区、逆流区、前死区、后死区
3、回流区火焰稳定原理
三、常见稳定火焰的方法
0.5
]
p T Ei
I 对点火有利
流速增加，对点火不利
三、点火系统和电嘴
1、电火花点火 2、炽热点火 3、火焰点火
4、自燃燃料点火
常用电嘴：火花电嘴、电蚀电嘴、沿面电嘴、半导体电嘴
§4-2 火焰稳定
一、火焰传播余弦定律
1.一维管流的火焰稳定条件：
一维管流的火焰 稳定条件：混气 速度等于火焰传 播速度
预热区 恒温区 回流区
预热区、恒温区、回流区是回流焊工艺中的三个关键温区，它们是回流焊接过程中针对电子元器件和电路板上的焊膏进行热处理的阶段。
1. 预热区（Preheat Zone）：
在预热区，电路板被逐渐加热，主要目的是让电路板和元器件均匀升温，减少温差带来的热应力，同时激活焊膏中的助焊剂，使得焊膏中的固体焊料颗粒熔融并均匀分布在模板印刷的焊盘上。
预热速度不宜过快，以免因热应力造成元器件或电路板损伤，也不宜过慢，以免影响焊膏的湿润和扩展性能。
2. 恒温区（Soak Zone / Thermal Soak Zone）：
恒温区的作用是让电路板和元器件在一定的温度下保持一段时间，目的是使电路板和元器件的温度均匀，确保在接下来的焊接过程中所有元器件的温度达到一致性。
在这个阶段，助焊剂可以进一步发挥去除氧化物和污染物的作用，同时使焊膏中的金属粉末充分熔融准备进行焊接。
3. 回流区（Reflow Zone）：
回流区是整个回流焊过程中的关键阶段，此时温度
达到峰值，足以使焊膏中的焊料完全熔化，形成可靠的焊点连接元器件与电路板。
焊膏中的金属合金成分在熔化后填充到焊盘和引脚之间的缝隙中，形成冶金结合，当温度随后下降时，焊料固化形成稳固的机械和电气连接。
这三个温区的温度曲线和时间设置都需要根据具体的焊膏、元器件和电路板材料的特性以及设备性能来进行精确控制，以保证焊接质量。
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讲解
火焰的形状和表面积大小不再取决于火焰传播的速 度，而是取决于气体燃料和空气之间的混合速度。
在层流下，依靠分子热运动的分子扩散进行混合 在湍流下，依靠微团扰动的湍流扩散
部分掺空气的可燃气体的扩散燃烧
• 扩散形式的火焰可以在气体燃料和部分空 气均匀混合后由喷燃器送入炉膛内，支持 能够完全燃烧的部分空气从火焰的外界依 靠扩散来供给燃烧而形成的火焰。
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
uH
2 Tr wqdT T0
02c2p (Tr T0 )2
• 2种燃料性质相差不大的混气互相混合时。。。 • 若添加剂能改变扩散系数，则会对火焰速度产生明显影响。
火焰传播界限
对于每种可燃气体混合物来讲，都有火焰传播的浓度界限。 可燃物在混合物中的浓度低于某值而使正常速度为零的浓度值
称为下限，高于某值而使正常速度为零的浓度值称为上限。 接近限值时，火焰的正常传播速度约为0.03~0.08m/s。
w
k0cne
E RT
uH
2n! Bn1
ws 0 q 0cp (Tr T0 )
(T0 Tr
)n
exp[
E R
(1 Tr
1 )] T0
wS 0
w0
Tr T0
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。
利用回流区稳定火焰的机理
利用回流区稳定火焰的机理回流区（Recirculation Zone，RZ）是指在燃烧器内部或燃烧器出口附近形成的一个区域，在这个区域内燃料和氧气没有充分混合，无法燃烧完全。
然而，利用回流区的稳定火焰机理，可以提高燃烧器的燃烧效率和稳定性。
回流区形成的原因很多，其中一个重要的因素是燃烧器内部的流场结构。
在大多数燃烧器中，燃料和空气通过喷嘴喷出并混合，形成一个高速的气流。
由于空气的动能较高，气流会形成一个射流，将燃料带到燃烧器的中心区域。
在这个过程中，气流会形成一个涡旋状的回流区域，这个区域内气体的速度较低，无法将燃料和氧气充分混合，导致无法完全燃烧。
利用回流区稳定火焰的机理主要有以下几点。
首先，回流区可以提供稳定的点火位置。
由于回流区气体的速度较低，燃料和氧气有更多的时间和空间进行混合。
在这个区域内，燃料和氧气的浓度可以达到适合燃烧的范围，从而实现点火。
此外，由于回流区气体的速度较低，火焰在这个区域内也不容易受到外界气流的干扰，因此可以保持较为稳定的燃烧状态。
其次，回流区可以提供额外的燃料供应。
在回流区，一部分未燃烧的燃料会被带入这个区域内。
由于气流的速度较低，这些燃料有更多的时间和氧气进行反应，从而提供了额外的燃料供应。
这样一来，整个燃烧过程的燃料利用率得到了提高，燃烧效率也随之提高。
此外，回流区还可以提供较低的氧浓度。
在回流区内，由于燃料的燃烧反应，会消耗部分氧气。
因此，在这个区域内，氧气的浓度会相对较低。
这种较低的氧浓度有助于控制燃烧过程中的局部高温区域，减少氮氧化物和一些有害物质的生成。
此外，回流区内氧气浓度的降低也有利于减少火焰传播的速度，使燃烧过程更加稳定。
最后，回流区还可以提供热的反馈作用。
当燃料燃烧产生热能时，部分热能会被传递到回流区域。
这种热的反馈作用有利于维持回流区的稳定和燃烧的连续进行。
此外，通过对回流区热能的控制和调节，还可以实现对燃烧过程的控制和调节，从而实现燃烧器的自动化和优化。
第十二章火焰的结构及其稳定
l d0
＝
2.4
w0 0.925w0
w2 uL2
1
这就是锥体形状的微分方程式。
由于沿径向方向，气流速度和燃烧速度都是变化的，上式的
积分是很困难的，解决的方法就是假设锥体为正锥体，锥体底面的
半径与管口半径相等，燃烧速度是常数，气流速度取沿断面的平均
值
椎体高度公式：
z r0
( )2 1
uL
（12-4）
上式
可以通过流量测定的方法计算出来，则
讨论：
实验证明的结果，根据边界速度梯度判断回火或脱火的临界条件。
燃料浓度越大，火焰可以 稳定的g值范围也越大，即气 流速度在很大范围内波动仍 可以稳定燃烧。
g值越小越容易回火，越 大越容易熄火。
二、紊流火焰
当可燃混合物以紊流流动由喷口喷出时，点火后形成的火焰轮廓不象层流那样 分明，但也是个近似锥形的有一定外形的火焰。图12—6表示这种火焰的外形特点。
紊流火焰的稳定性问题主要是脱火问题，这是因为气流速度已 增大到回火临界速度之上，回火不再发生。
第二节 扩散火焰
一、层流火焰
当煤气和空气分别以层流流动通入燃烧室时，得到层流的扩散火焰。
❖ 在层流下，混合是以分子扩散的形式进行的。在两 个射流相接触的界面上，空气分子向煤气射流扩散， 煤气分子也向空气射流扩散。在某一面上，煤气与 空气相混合时浓度达到化学当量比(即空气消耗系数 n＝1)。这时点火后，在该面将形成燃烧前沿。燃烧 前沿面上生成的燃烧产物同时向两个相反的方向 （中央的煤气射流和周围的空气射流）进行扩散。 因此，层流火焰中便明显地分为四个区域：纯煤气 区、煤气加燃烧产物区、空气加燃烧产物区，纯空 气区。
流量最大
回火或脱火的临界条件应该和管口边缘区域中的边界速度梯度相联系。
火焰传播与火焰稳定
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
火焰稳定——精选推荐
⽕焰稳定2009-5-17University of Shanghai for Scienceand Technology1⽕焰稳定⼯程燃烧过程中，不仅要使可燃混合物着⽕并使⽕焰在⽓流中进⾏稳定地传播。
本章要求：了解⽕焰稳定存在的基本条件，锥形⽕焰稳定以及⾼速⽓流中⽕焰稳定⽅法。
2009-5-17University of Shanghai for Scienceand Technology2⼀维⽕焰稳定条件⽕焰稳定条件：混⽓速度等于⽕焰传播速度⽕焰不能驻定，产⽣脱⽕现象。
⽕焰不能驻定，产⽣回⽕现象。
⽕焰驻定，⽕焰稳定。
2009-5-17University of Shanghai for Scienceand Technology3⽓流速度不同时的三种⼯况脱⽕或吹灭：增加混⽓流速，⽕焰锥变长。
流速进⼀步加⼤时，⽕焰锥会被吹灭即脱⽕。
回⽕：混⽓流速减⼩时，⽕焰锥变短。
当流速减⼩时，则会发⽣回⽕。
稳定：混⽓流速恰当时⽕焰挂在管⼝上。
2009-5-17University of Shanghai for Scienceand Technology4b a ?为⽕焰锋⾯余弦定律：cos L n S w w ?==锥形⽕焰稳定条件—法向稳定2009-5-17University of Shanghai for Scienceand Technology5锥形⽕焰的稳定条件：⽓流流速增⼤，S ⼀定：夹⾓越来越⼤，⽕焰变得越来越细长。
⽓流流速减⼩，S ⼀定：夹⾓越来越⼩，⽕焰变得越来越宽。
cos L n S w w ?==2009-5-17University of Shanghai for Scienceand Technology6由于W t 的存在，其使⽕焰前锋沿ab ⽅向不断被吹向下游，为保证⽕焰稳定，必须有另⼀质点补充到被移动点的位置。
即需在⽕焰根部有⼀稳定点⽕源，可将可燃混合⽓点燃，从⽽能源源不断补充被⽓流带⾛的已燃质点，以维持⽕焰稳定存在。
煤粉燃烧器
煤粉燃烧器的分析摘要：本文分析了几种有代表性的预燃室型煤粉稳燃装置的原理及其特性，并根据其原理提出了几种改进的方案。
关键词：回流区；煤粉锅炉燃烧器；钝体前言：我国电力行业以劣质媒为主要燃料，这是我国能源政策的要求，同时也是我国煤碳资源分布状况、开采运输条件等所决定的。
从经济性和发展趋势看，燃油锅炉和燃用优质煤锅炉所占比重将越来越少，燃用劣质煤锅炉，特别是大容量劣质煤锅炉将越来越多。
锅炉燃用劣质煤时普遍存在着火困难、燃烧稳定性差、燃尽率低等问题。
对于有些煤种，还存在着炉膛水冷壁结焦、尾部受热面磨损腐蚀、排放物严重污染环境等问题。
另一方面，要求越来越多的锅炉机组参加电网调峰。
锅炉参加电网调峰时，需要改变负荷和调整运行方式，这就进一步加剧了劣质煤锅炉己存在的问题的严重性。
这些问题急需解决，而解决这些问题的重要手段就是研制和开发新燃烧设备。
我们小组从《燃烧学》课本上介绍的两种传统煤粉燃烧稳燃装置出发：旋流稳燃器：稳燃原理：旋流射流的一个最大特点就是射流内部有一个反向回流区，旋转的射流不但从射流外侧卷吸周围的介质，而且还从内部回流区内卷吸介质，而内部回流区的烟气温度很高，能有效助燃和稳燃。
存在的问题：1.预燃筒壁的积粉和结渣：不能作为主燃烧器在锅炉运行中长期使用，甚至在短期的锅炉点火启动和低负荷稳燃运行使用时也成问题，因预燃室简壁结焦严重或出现局部温度过高而烧毁预燃室.2.旋流叶片的磨损：在长期多变负荷运行过程中，旋流叶片受到高速煤粉流的冲刷，容易磨损变形，造成煤粉流的堵塞，影响旋流效果3.低负荷条件下工作不稳定，容易熄火，需要喷油助燃。
4.对无烟煤等低挥发分含量煤种的效果不好。
钝体直流稳燃器：稳燃原理：钝体是不良流线型体，在大雷诺数下流体流经钝体时在钝体的某个位置会是流体边界层脱离开钝体，从而在下游形成一个回流区，回流区内的煤粉具有高温，高氧的特点，提供更多的着火热，克服了自由射流的冷核区，对于助燃和稳燃有较大效果。
燃烧器火焰的稳定性
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。