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燒嘴燃燒：層流火焰傳播界限

添加時間：2018/8/28 14:46:41 瀏覽次數：2493

一、火焰傳播界限

燒嘴火焰傳播界限，實際上是可燃混合氣在什么條件下才能進行燃燒的問題。任何可燃混合氣如果不是太稀的話（即燃料不是過少），只要有足夠強烈的點火源都可以使它著火。但著火以后能不能維持燃燒，即維持火焰在其中傳播，則不一定。因為可燃混合氣中火焰傳播的能力是與可燃混合氣的組成及與周圍介質的換熱條件有關。

由實驗可知，可燃混合氣的燃燒并不是在混合氣所有各種組成下都能進行的。對于某種可燃混合氣，在某給定的初始溫度和壓力下存在著一定的傳播濃度界限。在此界限以外，即使以強烈的熱源使可燃混合氣著火，也不能使火焰在其中傳播，而將是熄滅。

因燃料過貧或過富，火焰傳播速度會急劇會急劇下降，以致不能維持火焰在可燃燃混合氣中傳播，這種現象稱為淬熄。淬熄時的臨界條件就是火焰的燒嘴傳播界限。

以前曾認為火焰傳播界限就是SL≈0時的參數，且從進一步的實驗發現，當SL未接近零時就已發生淬熄現象。這是因為燃燒區對外散熱(通過導熱或熱輻射)的緣故。可燃混合氣因燃料過貧或其他原因降低了燃燒溫度，導致了化學反應速度變慢，使得SL減小；但這時散熱損失卻相對地增大，因而使燃燒溫度更加下降，*達到某一數值后火焰就不能再繼續傳播。實驗表明，各種燃料相應于火焰不能傳播時的*小很 限火焰傳播速度為2 ~10cm/s，見圖6-16。

可燃混合氣因燃料過貧而使火焰傳播達到臨界狀態的組成稱為火焰傳播的濃度下限αL(αL＞1)；反之，因燃料過富而致火焰不能傳播的組成稱為濃度上限αU( αu＜1)。在濃度上下限之間，可燃混合氣的任一組成都能保證火焰的傳播。在傳播界限外，可燃混合氣并非不可能燃燒，而只是不能以層流火焰傳播的形式來進行，例如可用絕熱壓縮的方法使很 稀薄的燃料/空氣混合氣發生燃燒。

火焰傳播濃度界限實際上也就是著火濃度很 限。

二、影響火焰傳播濃度界限的因素

火焰傳播界限與許多因素有關，如燃料的種類、混合氣的組成以及混合氣的溫度與壓力等。燃料的性質對傳播界限具有很大的影響。如果然料不是在空氣中而是在純氧中燃燒，則其火焰傳播界限將顯著擴大，且主要擴大其上限。這是與燃料在純氧中燃燒具有較大的火焰速度有關。

提高可燃混合氣的壓力可擴大其火焰傳播界限，上限尤其顯著。壓力對火焰傳播界限的影響在低壓時特別明顯。當壓力降低到某一很 限值時上下兩界限會聚集在一起。此后，若再繼統降低壓力，則不論混合氣為何種組成都無法使火焰傳播。

對于烴類化合物與空氣的混合氣在溫度為15 ~ 20時，這很 限壓力為4000 ~4700Pa;若將空氣換以純氧或升高其溫度，則可使很 限壓力下降到267 ~ 1333Pa。

可燃混合氣溫度的提高，可使反應速度加快，燃燒溫度提高，有利于火焰傳播界限的擴大。溫度與火焰傳播界限之間呈線性正比關系。

火焰在管子中傳播時，管徑的大小對火焰傳播界限也有很大影響。當管徑減小時，因為對管壁的散熱相對增大，火焰傳播速度減小。當管徑小到某一很 限值時，向管壁的散熱損失可增大到使火焰無法傳播，這時的管徑就稱為臨界直徑或淬熄直徑(淬熄距離)，見圖6-17。淬熄直徑在工程上具有很實用的意義，例如利用孔徑小于淬熄直徑的金屬網來制止火焰的通過，這是*常用的防止回火的措施。

不同可燃混合氣，淬熄直徑與其理論火焰傳播速度和壓力成反比。

管徑對火焰傳播界限的影響表示在圖6-18中，從圖中可以看出，增大管徑可擴大傳播范圍，但超出某一很 限后，作用就不顯著了。

火焰在管中傳播所以會被淬熄，主要是受到活化*的和熱量的擴散作用。火焰在管中傳播時，管壁將吸取火焰的熱量并向外散失。管子直徑越小，管子的相對散熱面積越大，因而容積熱損失也就越大。同樣，管子直徑越小，活化*與管壁碰撞的機會越多，因而這此活化*被銷毀的量也就越多。管壁的結構材料和條件對活化*銷毀速度也起到一定的作用。提高初始溫度可減緩熱量的損失和活化中的銷毀，故可使淬熄直徑減小;減小壓力可增大氣體分子的平均自由程，促進活化*與管壁的相互碰撞，加速它們的銷毀速度，從而使火焰傳播界限縮小。這對于在低于大氣壓力下，需在管內作火焰傳播的燃燒裝置(如噴氣發動機燃燒室中的傳焰管裝置)來說，具有非常實用的意義。因這時傳焰管需選用大于該壓力下的淬熄直徑，否則火焰無法傳播。在可燃混合氣中摻人不可燃組分，依據摻人組分的性質和數量會不同程度地縮小傳播界限。

火焰傳播界限一般通過實驗來確定，如圖6-19所示，在一端封閉的玻璃管內充以一定濃度的可燃混合氣，然后把玻璃管開口端垂直浸人水銀槽內。用玻璃管下端的點火器點火，若火焰不能傳播到管子上端時，則此時濃度就為火焰傳播濃度界限。
鄭州中威環保設備有限公司多年經驗確定：:傳播界限上限一般約是化學當量計算濃度的3倍，下限大約是它的50%。