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燃烧学考题
11、层流⽕焰传播速度的影响因素以及增强其传播速度的⽅式？
因素：1）可燃⽓体混合物性质2）燃料分⼦结构3）混合⽓中过量空⽓系数
4）可燃混合⽓压⼒5）可燃混合⽓初始温度6）可燃混合⽓中惰性⽓体
增强传播速度⽅式：增⼤热扩散系数、提⾼燃烧温度、提⾼化学反应速度。
1、某⼀可燃混合物在⼀绝热燃烧室中燃烧，通过发热和散热曲线的关系，分析改变初始温度条
件下，燃烧室中着⽕和熄⽕等五个状态的变化过程和临界条件（⽤图辅助说明）；分析燃烧室中预混燃烧要提⾼稳定燃烧温度
和完全程度可能采取的措施？答：改变初始温度的情况下，发热和散热曲线如图所⽰，得到⼀组平
⾏的散热曲线。
Q2```与Q1相切于点2，并相交于点3；Q2``与Q1相交于点5并相切
于点4。点1和点5表⽰的是低温稳定点；点2是⼀个不稳定点，只
要稍微增加系统温度，反应热就会⼤于散热，反应⾃动加速转变为燃
烧状态（3点），2点对应的温度即为着⽕温度；点4表⽰⼀个⾼温不
稳定点，当过程稍向右移，即Q1>Q2``，系统反应便⾃动加速进⾏，
当过程稍向左移，即有Q1
点对应的温度为熄⽕温度。Q2```即为临界条件。
措施
2、绘图说明什么是着⽕温度和熄⽕温度？为什么熄⽕温度总是⽐着⽕温度⾼？
如图所⽰，放热曲线Q1是⼀条指数曲线，散热曲线Q2接近于
直线。
当Tb=Tb1（很低）时，散热线Q2'与Q1交点1为稳定平衡点，
煤粉处于低温缓慢氧化状态。当Tb=Tb2时，散热线Q2"与Q1交点2为不稳定平衡点，只要
稍增加系统的温度，Q1 > Q2，反应将⾃动加速过渡到点3⾼温
稳定平衡点，此时，只要保证煤粉和空⽓的不断供应，最后将稳
定在⾼温燃烧状态。点2对应的温度即为着⽕温度Tzh。
当Tb=Tb2时，强化散热，散热线Q2"'与Q1交点4为不稳定平
衡点，只要反应系统温度稍降低，Q1 < Q2，反应系统温度急剧
下降过渡到点5低温稳定平衡点，此时，煤粉只能产⽣缓慢地氧化，⽽不能着⽕和燃烧，从⽽使燃烧过程中⽌（熄⽕）。点4
对应的温度即为熄⽕温度Txh
放热曲线和散热曲线的切点2和4，对应着系统的着⽕温度和熄⽕温度，从图可知，熄⽕温度永远⽐着⽕温度⾼。
4 ,预混⽕焰和扩散⽕焰答；预混⽕焰是燃料和氧化剂充分混合后的燃烧⽕焰。⽕焰温度
很⾼，没有⿊烟，⽕焰短⽽强。扩散⽕焰是燃料燃烧所需的空⽓全部由外界提供，靠可燃⽓体与空⽓中的氧相互扩散来完成燃
烧过程的⽕焰。燃烧过程较长，⽕焰温度低，燃料不易燃尽，有很烟，⽕焰很长
4 湍流预混⽕焰的分类及特点答；⼩尺度湍流⽕焰：湍流中的微团的平均尺⼨⼩于可燃混
合⽓体在层流下的⽕焰锋⾯厚度，能够保持较规则的⽕焰锋⾯，其燃烧区的厚度只是略⼤于层流⽕焰锋⾯厚度；⼤尺度弱湍流
⽕焰：微团平均尺⼨⼤于可燃混合⽓体在层流下的⽕焰锋⾯厚度，微团脉动速度⼩于层流⽕焰传播速度，⽕焰锋⾯扭动，微团
不能冲破⽕焰锋⾯⼤尺度强湍流⽕焰：微团平均尺⼨⼤于可燃混合⽓体在层流下的⽕焰锋⾯厚度，微团脉动速度⼤于层流⽕焰
传播速度，不存在连续的⽕焰⾯
着⽕温度和着⽕浓度界限的影响因素有哪些？影响着⽕温度和着⽕浓度界限的因素有：可燃混合物的压⼒、成分、温度、惰性
⽓体含量、流速、可燃预混混合物的初始温度等。9. 试解释为何着⽕和点⽕存在着⽕浓度界限？在⼀定温度或者压⼒下，反
应放出的热是反应速率的函数，根据化学反应质量作⽤定律，⽽反应速率取决于化学组成。所以当氧化剂浓度或者燃料浓度很
低时，化学反应速度低，放出的热量很少，不⾜以使混合⽓内热量积累，着⽕过程困难，着⽕温度升⾼。当混⽓浓度超出浓度
界限时，由于化学反应速率太低，混和⽓反应放出的热量⼩于散热时，这时不可能发⽣着⽕。根据阿累尼乌斯定律，当压⼒或
者温度下降时，化学反应速率常数下降，化学反应速度降低，着⽕浓度范围缩⼩；当压⼒或温度下降超过某⼀点时，任何浓度
成分的混合⽓都不能着⽕。点⽕浓度界限也是如此，⽽且，着⽕浓度界限和点⽕浓度界限是相近的。10.何谓⽕焰传播速度？
⽕焰传播的特征是什么？按照⽓体的流动状况，预混可燃⽓体中的⽕焰传播可分为哪⼏种？⽕焰传播速度：当⼀个炽热物体或
电⽕花将可燃混合⽓的某⼀局部点燃着⽕时，将形成⼀个薄层⽕焰⾯。⽕焰⾯将未燃⽓体与已燃的烟⽓分隔开来，燃烧反应只
在⽕焰⾯内进⾏。⽕焰⾯产⽣的热量将加热临近层的未燃混合⽓，使其温度升⾼直⾄着⽕燃烧。这样⼀层层地着⽕燃烧，把燃
烧逐渐扩展到整个混合⽓，这种现象称为⽕焰传播。⽕焰前沿⾯在其表⾯的法线⽅向上相对于新鲜混合⽓的移动速度称为⽕焰
传播速度。⽕焰传播的特征：燃烧反应不是在整个混合⽓体内同时发⽣，⽽是集中在⽕焰⾯内进⾏并逐层传播、逐层进⾏，传
播速度的⼤⼩取决于预混⽓体的物理化学性质与⽓体的流动状况。按照流动状况，预混可燃⽓体中的⽕焰传播可分为层流⽕焰
传播(层流燃烧)和湍流⽕焰传播(湍流燃烧)。其中层流⽓流的⽕焰传播速度是预混可燃⽓体的物性参数，即其⼤⼩取决于预混
⽓体的物理化学性质。11.层流⽕焰传播速度(正常⽕焰传播速度)的主要影响因素是什么？主要影响因素：可燃⽓体的种类不
同，则其密度、发热量、反应速度、热容等性质均不相同，其层流⽕焰传播速度不同；可燃⽓浓度(或空⽓消耗系数a)影响
⼤，存在最⼤值及不可传播区域；可燃⽓体的正常⽕焰传播速度与导热系数成正⽐，导热系数⼤的可燃⽓体，⽕焰传播速度UL 也⼤；燃料分⼦结构；含惰性⽓体N2等，可使⽕焰传播速度U L变⼩：U＝U L(1-0.0 1N2-0.012CO2)；氧化剂中含氧量，富
氧燃烧，⽕焰传播速度U L变⼤；提⾼可燃⽓初始温度，⽕焰传播速度U L变⼤；在冷却系统中，⽕焰传播速度U L变⼩，甚⾄
熄灭。16.层流预混⽕焰稳定的条件？层流预混⽕焰稳定的条件：法向稳定条件符合余弦定律；切向稳定条件，存在着点⽕
圈。17.影响层流预混⽕焰长度的因素有哪些，是如何影响的？体积流量增加，⽕焰长度增加：速度不变时，管径增加，⽕焰
长度增加；管径不变，⽓流速度增加，⽕焰长度增加。喷嘴流量不变时，⽕焰传播速度增加，⽕焰长度减⼩。18.影响湍流预
混⽕焰长度的主要因素有哪些？如何保证其稳定性？主要因素：湍流预混⽕焰的长度与⽓流速度、燃烧传播速度以及喷嘴尺⼨
有关。⽓流速度增加，⽕焰长度增加；燃烧传播速度增加，⽕焰长度缩短；当烧嘴尺⼨变⼤时，如果⽓流速度不变，则流量增
加，⽕焰长度增加。湍流预混⽕焰的稳定性问题主要是脱⽕问题，因为此时⽓流速度已经增⼤到回⽕临界速度之上，不会再发
⽣回⽕。湍流预混⽓体燃烧时，由于质点向不同⽅向的脉动，正在燃烧的微团或⾼温燃烧产物，可能返回新鲜的可燃混合物
中，因此，这些⾼温质点便起到连续点⽕的热源的作⽤。但是，在⾼强度燃烧时，即⽓流速度更⼤的情况下，单靠⽕焰内部⾃
然形成的回流微团的点⽕将不⾜以维持⽕焰的稳定。此时，通常采⽤⼀些附加⼿段，如采⽤稳定⽕焰的装置“稳焰器”，使燃烧
产物更多低循环回流到⽕焰根部，或采⽤附加的点⽕⼩烧嘴，以强化点⽕。19.影响湍流扩散⽕焰长度的主要
因素有哪些？如何保证其稳定性？主要因素：湍流扩散⽕焰的长度主要取决于煤⽓的种类和燃烧器的结构尺⼨。热值⾼的燃
料，燃烧时所需的理论空⽓需要量越⼤，⽕焰越长；当喷⼝尺⼨增加时，⽕焰长度增加，因为如果流量⼀定，则流速减⼩，燃
⽓与氧化剂的扩散混合减弱，⽕焰变长，流速⼀定，煤⽓流量增加，必然需要更长的路程才能与所需要的空⽓量混合，⽕焰长
度增加；旋流⽕焰长度⽐不旋流的短，其减少的数值与旋流数成正⽐。湍流扩散⽕焰的稳定性问题主要是脱⽕问题。煤⽓或空
⽓的流出速度过⼤，喷⼝直径过⼩，都会产⽣脱⽕。因此必须采取稳定⽕焰的措施，如⾼温燃烧产物回流、旋转⽓流、采⽤稳
焰器等。在提⾼扩散⽕焰的燃烧强度的时候，必须保证⽕焰的稳定性。22. 余弦定律的内容是什么？层流预混可燃⽓体在管道内流动时，其⽕焰前沿⾯为圆锥形曲线焰锋⾯。此时，新鲜混合⽓以焰锋表⾯的切向分速和垂直于焰锋表⾯的法向分速。此时
使⽕焰稳定的第⼀个基本条件为|uL|=|wcosφ|，即在弯曲的锥形⽕焰前沿⾯某⼀点上，⽓流的法线分速与燃烧正常（法线）传
播速度相平衡，保证了燃烧前沿⾯在法线⽅向上的稳定。由此可知，为了维持⽕焰稳定，焰锋表⾯必须与⽓流流向倾斜⼀个⾓
度φ，且此⾓为⼩于90°的锐⾓。当⽓流速度增⼤时，焰锋平⾯平⾏于⽓流⽅向移动，⽽在法线⽅向上基本稳定不动。这⼀规
律称为余弦定律。
