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。

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。