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。当气流脉动速度不太大,但脉动微团的平均尺寸大于层流火焰锋面厚度时,称为大尺度端流火焰(雷诺数≥6000);此时火墙锋面弯曲得很利害,使反应表面积大增。根据湍流火焰传播的理论,燃烧速度和火焰的锋面面积成比例,故湍流燃烧速度比层流燃烧速度大得多。如果雷诺数更高,气流脉动和湍流微团尺寸都很大,火焰锋面就被撕得四分五裂,不再以连续面出现。部分被撕裂的可燃物火焰锋面和高温烟气合并到新形成的微团内,使微团内也出现燃烧,这是湍流容积燃烧理论的设想。此时燃烧速度和气流脉动速度成比例。但实验发现湍流燃烧速度往往要比气流脉动速度大好几倍,这是因为在火焰锋面中温度剧增,气流膨胀和可燃物浓度降低导致火焰锋面内产生很大的速度、温度和浓度梯度,从而使脉动速度显著增加,使燃烧速度也相应增加。不过总的说来,湍流燃烧理论还不够成熟。