火焰传播
火焰传播
火焰正常传播速度
• 4.1影响火焰正常传播速度的主要因素。 • 4.2火焰传播界限。 • 4.3火焰正常传播速度的测量
影响火焰正常传播速度的主要因素
• • • • • • • • 4.1.1过量空气系数的影响。 4.1.2燃料化学结构的影响。 4.1.3添加剂的影响。 4.1.4混合可燃物初始温度T0的影响。 4.1.5火焰温度的影响。 4.1.6压力的影响 4.1.7惰性物质含量的影响。 4.1.8热扩散系数和比热的影响。
捷尔道维奇等的分区近似解法
• 同样，将火焰分为两个区域（预热区和 反应区），但与前面的分析改进之处是 将组分守恒方程与能量方程联立，而不 是仅考虑能量方程，其基本假定是： • (1)压力不变 • (2)反应过程中摩尔数不变 • (3)物性参数Cp和λ为常数 • (4)λ/cp=D，即Le=1 • (5)火焰为一维稳定火焰
u H 17
Cr k H p H DH ,0 k OH pOH DOH ,0 ( ) ' ' Xp BH BOH
层流火焰问题的数值求解方法
• 虽然前面已经提供了几种层流火焰的近 似和精确求解方法，然而，真正能够用 解析方法研究的火焰现象仍然是很少的。 近年来，随着高速计算机的发展，大多 数的层流燃烧现象就可借助于数值方法 来研究。一方面可以解决用解析法暂时 不能解决的问题，另一方面有助于通过 与解析及实验结果的对比来检验微分方 程及其数值解的正确性
雨果尼特（Hugoniot)方程
1 1 1 ( ) ( pr p0 )( ) q 1 r 0 2 0 r
雨果尼特曲线:通过点S与代表一族解的 曲线相切有两条切线。对于不同的q可以 得到不同的曲线。图中的两条虚线为通 过S点的水平线和垂直线，两条虚线将曲 线分成了三个部分。另外切点（J和K点） 再进一步划分区域I和II。
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
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1 dz w dr uHΒιβλιοθήκη • 火焰形状z
1 uH
w0
wR R r
w0 3
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r3 R2
•火炬着火区长度计算公式
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
火焰的传播实验
火焰的传播实验火焰是一种常见的自然现象，它的传播具有一定的特点和规律。
本文将介绍火焰的传播实验及其结果分析，以增加我们对火焰传播的了解。
实验一：蜡烛燃烧火焰传播实验材料：1. 一支蜡烛2. 打火机或火柴3. 一块不易燃烧的平整表面实验步骤：1. 将蜡烛放在平整表面上，确保蜡烛处于垂直状态。
2. 用打火机或火柴点燃蜡烛顶部的蜡烛芯。
3. 观察火焰燃烧的过程，并记录你的观察结果。
实验结果分析：在实验过程中，我们可以观察到以下现象：1. 火焰在点燃蜡烛后迅速扩散，并形成锥形的火焰形状。
这是由于燃烧产生的热量使周围的空气加热，从而引发新的燃烧反应。
2. 火焰的颜色会随着燃烧的物质不同而有所差异。
例如，蜡烛燃烧产生的火焰呈现黄色。
3. 火焰的传播速度较快，但在强风或氧气不足的环境下会受到限制。
4. 火焰具有热量传导性，当我们将手靠近火焰时，可以感受到火焰的热量。
实验二：气体火焰传播实验材料：1. 一瓶丙烷气体2. 打火机或火柴3. 一个宽口瓶4. 碘酒或其他火焰检测剂实验步骤：1. 将宽口瓶倒置放在桌面上，并保证瓶内没有其他杂质。
2. 将丙烷气体的喷嘴放入瓶口下方一定距离处。
3. 打开丙烷气体的开关，并用打火机或火柴点燃瓶口顶部的气体。
4. 观察火焰传播的过程，并用火焰检测剂观察火焰的路径。
实验结果分析：在实验过程中，我们可以观察到以下现象：1. 火焰从气体瓶口向下传播并充满整个瓶体。
这是因为火焰在气体中获得所需的氧气支持，从而维持着燃烧的状态。
2. 火焰蔓延到瓶底时，会出现冷焰。
这是由于瓶底的氧气已经被消耗完，无法继续提供足够的氧气维持火焰的燃烧。
3. 通过火焰检测剂可以清晰地看到火焰传播的路径。
这是由于火焰的燃烧产生的气体与火焰检测剂发生反应，产生可见的色素。
实验三：固体火焰传播实验材料：1. 一根木棍2. 打火机或火柴3. 一个平整不易燃烧的表面4. 火焰检测剂实验步骤：1. 将木棍放在平整表面上，并确保周围没有易燃物。
火焰传播与稳定理论打印版
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本生灯火焰移动速度
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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。
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。
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。
火焰的形成与传播
火焰的形成与传播火焰是一种常见的自然现象，它在生活中起到了重要的作用。
火焰的形成与传播是由多种因素综合作用而产生的，并存在着一定的规律与原理。
下面将介绍火焰的形成过程以及其在自然界中的传播方式，以增加对火焰现象的了解。
火焰的形成过程中，需要三个基本元素：燃烧物质、氧气和引火点。
当这三个因素合适地结合在一起时，燃烧物质就会燃烧并产生火焰。
首先，燃烧物质必须在氧气的存在下发生燃烧反应，释放能量。
其次，燃烧物质的温度必须达到引火点以上，才能激发燃烧反应的发生。
最后，燃烧物质发生燃烧后，产生的热量则会进一步提高其温度，形成火焰。
这是火焰形成的基本原理。
火焰的形成与传播过程中，传热是其中一个重要的机制。
传热有三种方式：对流、辐射和热传导。
对流是指通过气体或液体的流动传递热量的过程。
火焰中的对流主要指的是气体的流动，当火焰形成后，燃烧产生的热空气会上升，而周围的冷空气则下降填充空位，形成热气流的运动。
辐射是指热量以电磁波的形式传播，通过空气中的空间传播。
火焰是高温下的辐射源，它会释放出大量的电磁波，使周围物体受到加热。
热传导是指通过物质直接传递热量的过程，当物体与火焰接触时，火焰的热量会通过物质的分子碰撞传导到物体内部，使物体增加温度。
火焰传播的方式多种多样，主要有火焰传导、火蔓延和火星飞溅。
火焰传导是指在火焰与物体接触的情况下，物体表面温度升高，引起物体内部发生燃烧。
例如，当一片森林着火时，树木之间的火焰可以通过接触传递，使得火势继续蔓延。
火蔓延是指火焰在空气中迅速传播，并导致新的燃烧点形成的过程。
这种传播方式被称为火焰串联效应。
火星飞溅是指由于燃烧物质中存在固体颗粒，燃烧产生的气泡中会夹带着这些颗粒，在气泡破裂时，飞溅出来的火星会引燃周围的物质。
火焰对于人类和自然界都有着重要的意义。
在人类社会中，火焰一直被用于照明、加热和烹饪等方面，给人们带来了便利。
在自然界中，火焰在植被的种子传播、森林的更新以及某些动物的生命周期中起到了重要的作用。
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• 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）
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ss
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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
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dx
TF Tw
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2
dT dx
w
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• 按质量守恒有：
1
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1
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湍流火焰
燃烧与环境技术研究中心
Center for Combustion and Environmental Technology (CCET)
用于测定预混火焰（余弦定律）
长管法
火焰传播速度的影响因素
• 燃料性质：燃烧焓、动力学参数； • 混合气体浓度：存在浓限、稀限，有
一最佳浓度值。 • 状态参数：压力、温度； • 输运条件：流动、散热、扩散；……
Arrhenius火焰传播理论
一稳定平面缓燃波的传播
预热区能量方程
d 2T dx2