火焰法向传播速度

小学科学冀教版四年级下册高效课堂资料《燃烧的秘密》资料火焰的介绍：火焰锋面在可燃混合物中的传播形成燃烧波。

燃烧波的传播有两种方式:一种为正常燃烧，是通过热量传递使未燃气体温度升高而引起燃烧，或由于活性中间物质扩散到未燃气体中引起反应而燃烧。

正常燃烧典型的火焰速度约50厘米/秒，常压下火焰厚度为数毫米，燃烧在燃烧波内完成。

通常的燃烧设备和喷气发动机内的燃烧即属此类。

另一类为爆震(又称爆轰),是靠极薄的激波传播的，波面两侧压力和温度可相差十倍，甚至更多，使可燃物在激波后的燃烧区迅速完成反应。

爆震的传播速度可达每秒2〜5千米（气体爆炸物）或8〜9千米(固体和液体爆炸物），因而具有很强的破坏力。

在正常燃烧中通常遇到的火焰有：预混火焰可燃气体和空气或氧气按化学当量比预先混合后燃烧时所形成的火焰，又称动力燃烧火焰。

化学反应局限在很窄的火焰锋面内，以一定的速度向可燃气体传播。

火焰锋面位移的法向速度称为正常火焰传播速度υn(厘米/秒），可表示为：式中、cp和ρ分别为可燃物的热导率、定压比热和密度。

可见，是仅与可燃物特性有关的常数，其数值通常在毎秒几厘米至几米的范围内。

工业上的无焰燃烧就是可燃混合物在容积不大的耐火材料制成的隧道中的燃烧，具有火焰短、燃烧强度大和高温区集中等特点。

层流火焰静止或处于层流运动的可燃混合物燃烧时形成的火焰。

它以正常速度扩展，火焰锋面光滑而明显，可燃气体在锋面各点的法向分速均等于正常火焰传播速度（见图)。

层流火焰和湍流火焰左边为长时间曝光照片右边为纹影照片上部为层流火焰下部为湍流火焰可燃混合物达到湍流工况后燃烧时所形成的火焰。

工业上应用的大都是使可燃混合物从喷嘴流出的速度达到湍流工况后燃烧所形成的火焰。

由于气流的脉动，湍流火焰锋面厚度比层流火焰大得多(见图，下左为长时间曝光照片)。

当气流脉动速度不大且脉动微团的平均尺寸小于层流火焰锋面厚度(通常为0.01 〜1.0毫米）时，称为小尺度湍流火焰(雷诺数为2300～6 000) ；这时火焰锋面呈波纹状（见图，下右纹影照片），用湍流的物性参量代人层流火焰扩展的理论公式即可求解。

实验一 燃气法向火焰传播速度（验证）一、实验目的1．火焰传播速度（又称燃烧速度）是燃气燃烧的重要特征之一。

它影响火焰的稳定性，是燃气燃烧器和燃烧设备的主要依据，也是判定燃气互换性的基本参数。

2．本实验采用本生火焰法测定燃气的法向火焰传播速度，要求掌握测定原理、测定方法，了解测定的操作过程和所需的仪器设备。

二、实验原理火焰前沿面沿其法线方向朝邻近未燃气体移动速度称作法向火焰传播速度。

法向火焰传播速度仅与可燃混合气体的物理化学性质有关，决定法向火焰传播速度值的基本量有：燃气成分、可燃混合气体的预热温度以及燃气与氧化剂混合浓度。

利用本生火焰法测定法向火焰传播速度是一种应用广泛而且较为完善的方法。

本生火焰有内焰和外焰两部分组成。

当燃烧稳定时，内焰是静止火焰的焰面，焰面上任意点的法向火焰传播速度Sn 与该点的气流速度对焰面的法向分量Vn 相等。

因此，测出Vn 即可得到Sn 。

实际上内焰并非是一个几何正锥体，焰面各点上的Sn 也并不相等。

但为了得到比较简单的计算公式，可假定焰面上Sn 值不变，内焰为几何正锥体则有： cos n n S V V φ== （1）cos φ=（2）22g a L L LV r r ππ+== （3）(1)L L L V Sn α++==（4）其中：L ：混合气体流量； h:火焰高度； r ：管口半径； Lg ：燃气流量；La：空气流量；α：一次空气系数；V：理论空气需要量三、实验仪器燃烧管：用来混合燃气和空气，并使燃气在管口处燃烧。

湿式气体流量计：2台，分别测定燃气和空气流量；空气泵：供给燃烧所需得空气；卡尺：用于测定燃烧管得管口内径；测定仪：放大倍数12X,有效工作距离1－4m，最小读数值0.02mm。

四、测量系统燃气与空气分别经过湿式气体流量计进入燃烧管，根据燃气与空气的流量以及燃气的理论空气量可以算出一次空气系数α，可调节空气阀或燃气阀得到不同得α值。

五、实验步骤1．准备工作（1）校正空气和燃气的流量计（2）按测试系统图连接仪器设备（3）进行气密性实验，打开气源阀门，关闭燃烧管上燃气阀门，要求5分钟流量计指针不动。