[科普中国]-火焰长度

火焰长度的定义一般包括：由训练有素的观察者直接观察，从一系列瞬时火焰长度照片中取可视火焰长度的平均值；或用热电偶测量轴线上温度最高点，量出其轴向位置；或用气体采样的方法测量平均混合物分数，确定化学当量值所处的轴向位置。火焰的可视长度要大于靠温度或浓度测量所得出的长度。根据燃料的不同，基于温度特性测量的火焰长度大约是时均可视火焰长度的65%～80%。

影响火焰长度的因素对于燃料射流喷入静止环境中所产生的竖直火焰来说，火焰长度由以下4个主要因素决定：

(1)火焰中射流初始动量与作用在火焰上浮力的比；

(2)化学当量值；

(3)射流密度与环境气体密度的比；

(4)初始射流直径d。1

调整火焰长度的方法一般火焰长度调整是在燃烧器输出功率(或燃料供给量)及燃料种类不变的条件下，以及空气过量系数也不变(特别是有燃气气氛要求的)的前提下，进行火焰尺寸的调整。根据已有经验，以下方法是行之有效的。

1)燃气喷嘴(或烧嘴)的助燃空气旋流比直流时的火焰短；经多孔喷头喷出燃气比单股射流的火焰短；燃料气与助燃空气都经过旋流的火焰更短。总之，促使燃气与空气尽快均匀混合，有利于缩短火焰长度。

2)燃油喷嘴方面又有如下措施：

a、增大喷雾锥角是缩短火焰常用方法，如锅妒用全自动燃油燃烧器采用的压力雾化喷嘴的喷雾角由45°增至60~90°，则可缩火焰100~200mm。但是必须注意燃油不可碰壁，否则产生严重冒烟和燃烧不完全。

b、采用空气(蒸汽)雾化喷嘴比压力雾化喷嘴有利于缩短火焰长度。

c、采用内混式比外混式空气(蒸汽)雾化喷嘴的火焰短，约为80%。2

富氧燃烧火焰长度火焰按照距反应区距离由近至远分为：焰心，粒子运动速度低，光谱集中在红外区，温度低，亮度低。内焰，粒子运动速度中等，光谱集中在可见光部分，亮度高，温度较高。外焰，粒子运动速度最快，光谱集中在紫外区，温度最高，亮度较低，火焰长度是这三部分长度的总和。由于富氧燃烧，燃烧速度快，火焰长度比空气助燃长度短，根据富氧浓度差异、环境温度不同，长度而不同，在采用富氧燃烧玻璃窑炉设计时要综合考虑上述因素，使火焰覆盖玻璃料面。3

湍流扩散火焰长度预混火焰的长度完全决定于火焰洚面在可燃预混气体中的传播。由这种层流火焰长度公式已可看出，层流火焰锋面非常薄，锋面传播到哪里，哪里的燃料空气混合物就一下子烧完，所以火焰长度只需考虑火焰锋面的传播而不必考虑火焰锋面本身的厚度。层流预混火焰长度与燃烧器直径成正比，又与气流速度成正比。

湍流预混火焰长度主要决定于火焰锋面在湍流气流中的传播速度，但湍流火焰锋面比较厚—点，也要使预混火焰长度加长一些。湍流火焰传播速度除了与层流时的火焰正常传播速度有关外，还与脉动速度、湍流标尺(混合长度)等湍流参数有关，也就是与雷诺数及气流上游遗留下来的湍流结构有关系。4

本词条内容贡献者为:

刘军 - 副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所