回火時(shí)的周邊速度梯度可由下式確定：
?

　　式中 r——某點(diǎn)離管中心的距離；
　　　　R——管子半徑。
　　在層流情況下，管道中的速度場呈拋物線形，并可用下式表達(dá)：
?

　　而v_max=2?

? (此處?? 為平均氣流速度)。
　　若將氣體流量q_v引入，則它與速度之間存在以下關(guān)系：
?

?

　　當(dāng)燃?xì)饨M成一定時(shí)，??

?為一定值，故??

也可確定。從式(5—9)可知回火極限流量與R3成正比，當(dāng)燃燒器口徑放大時(shí)，回火極限流量也增加。式(5—9)還可寫成
?

?

?

　　表明，一定組成的燃?xì)?，其回火極限速度與燃燒器出口直徑成正比，口徑越大，回火極限速度越高。
　　周邊速度梯度理論雖然針對層流狀態(tài)導(dǎo)出，但在某些親流狀態(tài)下也能適用。

　　三、部分預(yù)混紊流火焰

　　在工業(yè)窯爐中，往往需要很大的燃燒熱強(qiáng)度，這只有采用紊流燃燒才能達(dá)到。
　　從直觀來看，紊流預(yù)混火焰較層流預(yù)混火焰有明顯不同，諸如：焰面由光滑變?yōu)榘櫱?，輪廓模糊，可見厚度增加。事?shí)卜紊流火焰厚度遠(yuǎn)較層流為大，往往可達(dá)數(shù)毫米，火焰長度明顯地縮短，而且頂部變圓，火焰亮度十分高，以致燃燒速度明顯地提高，可達(dá)到層流預(yù)混火焰的數(shù)倍至數(shù)十倍。
　　當(dāng)紊動加強(qiáng)時(shí)，焰面將強(qiáng)烈擾動，氣體質(zhì)點(diǎn)離開焰面分散成許多燃燒的氣體微團(tuán)，它們隨著可燃混合物和燃燒產(chǎn)物的流動而不斷飛散，最后完全燃盡。這時(shí)，焰面變?yōu)橛稍S多燃燒中心所組成的燃燒層，燃燒表面積大大增加，燃燒過程大為強(qiáng)化。
　　對自由空間預(yù)混式紊流火焰進(jìn)行研究以后，可以把紊流火焰分為三個區(qū)。如圖3—5—11它們是：
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?

圖3-5-11 紊流火焰的結(jié)構(gòu)

　　焰核區(qū)1——燃?xì)饪諝饣旌衔锷形袋c(diǎn)著的冷區(qū)；
　　焰面區(qū)2——著火與燃燒區(qū)，大約90％的燃?xì)庠谶@里燃燒；
　　燃盡區(qū)3——在這里完成全部燃燒過程，這個區(qū)的邊界是看不見的，要根據(jù)氣體分析來確定。
　　根據(jù)以上火焰結(jié)構(gòu)，紊流火焰的長度可由下式表示：
?

　　式中L_f——火焰的總長度；
　　L₂——沿氣流軸線方向紊流火焰的厚度；
　　L₃——沿氣流軸線方向燃盡區(qū)的厚度；
　　L₁——火焰冷核的長度。
　　火焰冷核的長度L1取決于在一定氣體動力特性的氣流中火焰的傳播過程，近似地可寫成：
?

?

?

　　式中 v——混合物的流動速度；
　　　　r——除去邊界層的出流半徑；
　　　　s_t——紊流火焰?zhèn)鞑ニ俣取?br /> 　　L₂取決于火焰的紊流特性和燃?xì)?空氣混合物的性質(zhì)。對一定的可燃?xì)怏w混合物用強(qiáng)化燃燒的辦法來縮小火焰厚度L2是十分困難的。
　　燃盡區(qū)的厚度L3主要取決于混合物的動力特性及氣流速度(停留時(shí)間)。對一定組分的混合物可寫成：
?

　　式中K——常數(shù)。
　　從火焰總長度的組成可知，要縮小火焰尺寸，主要方法是減小L₁。具體來說，可以減小燃燒器的出口直徑和點(diǎn)火周邊的長度。

　　四、部分預(yù)混紊流火焰的穩(wěn)定

　　在紊流條件下，可燃預(yù)混氣體的流速較大增加，通常都是超過最大極限速度的，所以對于紊流預(yù)混火焰而盲，火焰穩(wěn)定性的主要矛盾在于防止脫火。
　　通常，為了使火焰穩(wěn)定，應(yīng)當(dāng)在局部地區(qū)保持氣流速度和火焰?zhèn)鞑ニ俣戎g的平衡。如果從改變氣流速度著手，可用流體動力學(xué)方法進(jìn)行穩(wěn)焰；如果從改變火焰?zhèn)鞑ニ俣戎?，可用熱力學(xué)和化學(xué)方法進(jìn)行穩(wěn)焰。
　　為了防止脫火，最常用的方法是在燃燒器出口處設(shè)置一個點(diǎn)火源。點(diǎn)火源可以是連續(xù)作用的人工點(diǎn)火裝置，如熾熱物體或一個穩(wěn)定的輔助點(diǎn)火火焰。另外，也可以在燃?xì)猓諝饣旌衔锏臍饬髦性O(shè)置火焰穩(wěn)定器來使熾熱的燃燒產(chǎn)物回流火焰根部而形成點(diǎn)火源。
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