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实验二层流预混火焰传播速度的测定

一、实验的理论基础

许多工业设备都应用预混气燃烧作为热和能量的生成方式。如火花点火发动机（汽油

机），煤气炉内的燃烧，灾害性的火灾和爆炸都涉及到预混气的燃烧和火焰传播问题。

研究预混气燃烧的最重要参数是层流火焰传播速度。火焰速度是预混气的基本特性，是

研究火焰稳定性以及湍流预混气燃烧的基础。

层流火焰速度定义为给定可燃预混气的一维平面预混火焰在没有热损失时相对于未燃

0

气的移动速度。用S表示。该定义给出的火焰速度是预混气的单一的固有特性，而与外界

流动条件无关，在某些精心设计的实验设备，如相向流火焰设备上，采用激光多普勒速度仪，

0

可以精确测定S。普通的预混火焰设备很难完成满足上述定义中的所有条件。如采用本生

灯测定火焰速度，由于火焰面呈锥形，不是一维火焰，顶端和底部火焰有弯曲。不可避免地

有热损失。因此测到的是被测点当地的火焰速度或称局部火焰速度，用S表示。S除与可燃

预混气的气/油比有关外，还受热损失，火焰拉伸等动力学因素影响。用其它的实验方法，

如平面火焰法，火焰推进法，肥皂泡法，球弹法和圆管法都是只能测定局部火焰速度。

层流火焰理论指出，预混火焰的稳定位置总是位于预混气在火焰面的法向速度分量与火

焰速度（总与火焰面垂直）大小相等，方向相反的地方。当这两个速度不相等时，火焰面就

要移动，而扩散火焰总是驻定在燃料与氧化剂为化学计量值的位置上。在这一位置，燃料与

氧化剂混合最均匀，反应率最快。偏离这一位置，不可能组织起燃烧，扩散火焰没有火焰传

播速度的概念，这是预混火焰和扩散火焰最主要的区别之一。

二、实验原理

实验采用本生灯测定（局部）火焰传播速度，实验设备与实验二相同。

设计良好的本生灯火焰呈锥形，除顶端和底部火焰弯曲外，中间有较长一段的平直火焰，假

定预混气速度沿出口截面分布均匀，火焰前沿各处的气流法向速度相等，把驻定在管口的火

u

焰面简化为正锥形，如图3-1所示。预混气的速度为，火焰面平直的上点P的火焰速度0

u

为S。S在数值上等于在P点垂直于火焰面的法向分量，即0

Susin（1）

0

为火焰锥的半顶角。可用测高仪测出火焰高度和底部直径后算得，也可用量角器直接量出。

u0由浮子流量计测定流量后，根据出口直径计算（为管口内径）：d

0

2

QuAdu（2）

00400





2

S





u

0

图2-1本生火焰

三、实验设备

基本设备为预混火焰装置，用二号混合管再增加：1．照相机暗箱，2．量角器，3．游

标卡尺

四、实验步骤

1.将照相机暗箱放在合适的位置，调节暗箱长度，使混合管口在毛玻璃上清晰成像，测量

管口内径，计算管口的面积。

2.检查各部分连接状态