兩相擴(kuò)散火焰結(jié)構(gòu)探討

何朔然,魏杰立,李明玉,陳 鋒

(1.南京師范大學(xué)附屬中學(xué)，江蘇 南京 210003； 2.南京航空航天大學(xué) 能源與動(dòng)力學(xué)院，江蘇 南京 210016)

兩相擴(kuò)散火焰結(jié)構(gòu)探討

何朔然1,魏杰立2,李明玉2,陳 鋒1

(1.南京師范大學(xué)附屬中學(xué)，江蘇 南京 210003； 2.南京航空航天大學(xué) 能源與動(dòng)力學(xué)院，江蘇 南京 210016)

利用鼓風(fēng)式煤油噴燈，開展了不同空氣射流流量下的兩相擴(kuò)散火焰結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)研究. 采用工業(yè)相機(jī)及紅外熱像儀對(duì)穩(wěn)定燃燒狀態(tài)下的火焰參數(shù)進(jìn)行了測(cè)量，獲得了射流擴(kuò)散火焰形狀、高度和火焰溫度隨射流流量的變化規(guī)律. 結(jié)果表明，射流擴(kuò)散火焰呈現(xiàn)下小中間大上面小的形狀，在頂端會(huì)出現(xiàn)分層或分叉現(xiàn)象；且隨著射流流量的增加，火焰面呈現(xiàn)由光滑向褶皺再光滑的變化規(guī)律；火焰高度隨著射流流量的增加，起初不斷減小，直至基本保持不變，流量增大至180 L/h時(shí)，出現(xiàn)了熄火；火焰最高溫度隨著空氣射流流量的增加先升高后降低.

兩相射流擴(kuò)散火焰；火焰結(jié)構(gòu)；火焰溫度；火焰高度

本文研究源于南京師范大學(xué)附屬中學(xué)的研究性學(xué)習(xí)課程，該課程由學(xué)生根據(jù)興趣自行選題，旨在培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、多元研究問題、分析解決問題的創(chuàng)造性思維能力. 本文以“火焰及燃燒反應(yīng)的探究”為題目開展了研究探討，在教師的指導(dǎo)下，經(jīng)歷了調(diào)研、開題答辯、中期輔導(dǎo)、報(bào)告撰寫以及結(jié)題答辯等階段，實(shí)驗(yàn)工作在南京航空航天大學(xué)燃燒傳熱實(shí)驗(yàn)室開展，共進(jìn)行了3次實(shí)驗(yàn)，整個(gè)過程歷時(shí)1年半的時(shí)間. 筆者在這個(gè)過程中，不僅對(duì)流動(dòng)、火焰及燃燒的一些基本知識(shí)和特性有了了解，也為提高統(tǒng)籌規(guī)劃、理論和實(shí)際結(jié)合的能力，以及形成嚴(yán)謹(jǐn)踏實(shí)的科學(xué)思想提供了極大的幫助.

1 擴(kuò)散燃燒

擴(kuò)散燃燒在生活、工業(yè)、能源利用、火災(zāi)防治及環(huán)境保護(hù)等方面都有廣泛的應(yīng)用，目前絕大多數(shù)的燃燒設(shè)備，包括鍋爐、燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室等都采用了擴(kuò)散燃燒的組織方式.

擴(kuò)散燃燒是指燃料和氧化劑未預(yù)先混合的燃燒方式. 在擴(kuò)散火焰中，化學(xué)反應(yīng)速率比由擴(kuò)散引起的質(zhì)量輸運(yùn)速率和由熱傳導(dǎo)產(chǎn)生的能量輸運(yùn)速率快得多，因而擴(kuò)散燃燒速率主要取決于燃料和氧化劑之間的混合. 擴(kuò)散燃燒的基本特點(diǎn)是火焰鋒面的一側(cè)為燃料，另一側(cè)為氧氣劑，兩者在火焰面處混合燃燒.

圖1 氣態(tài)燃料射流擴(kuò)散火焰結(jié)構(gòu)

火焰結(jié)構(gòu)是燃燒機(jī)理研究中的基本問題之一，包括了火焰面的位置、形狀、尺寸和溫度分布等. 國(guó)內(nèi)外對(duì)擴(kuò)散火焰的結(jié)構(gòu)開展了大量的研究[1-7]，圖1為氣態(tài)燃料擴(kuò)散火焰的典型結(jié)構(gòu)，圖中氣態(tài)燃料從燃燒器出口流出，與周圍空氣進(jìn)行摻混后燃燒. 從燃燒器出口沿軸向上，火焰面直徑先變大，然后逐步變小并收縮至尖頂，整體呈現(xiàn)鼓形和圓錐結(jié)合的形狀. 燃料從燃燒器出口流出后，逐漸向火焰面擴(kuò)散，并在火焰面處與外界空氣混合燃燒，因而在火焰面處燃料和氧化劑的濃度都為零，向外氧氣濃度逐步增加，在一定距離后達(dá)到空氣中的氧氣濃度(21%體積分?jǐn)?shù))，并保持不變，向內(nèi)燃料濃度逐步增加，到射流核心區(qū)(圖中中心部分的三角形)后達(dá)到最大(100%). 燃燒產(chǎn)物主要在火焰面處產(chǎn)生，因此其濃度最大，向內(nèi)向外都逐步下降. 從溫度看，火焰面處是化學(xué)反應(yīng)最劇烈處，因而火焰面處溫度最高，向內(nèi)外兩側(cè)逐步下降.

圖2為不同射流速度下射流擴(kuò)散火焰高度和幾何外形的變化情況. 由圖2可見，隨著燃料射流速度的增加，火焰長(zhǎng)度先增大后減小，到一定射流速度后，基本保持不變. 射流速度較低時(shí)，火焰面光滑、穩(wěn)定；繼續(xù)增大射流速度，流動(dòng)從層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧?，火焰頂部開始出現(xiàn)顫抖、褶皺. 油氣在湍流擴(kuò)散作用下混合加快，提高了燃燒速率，火焰縮短. 進(jìn)一步增大射流速度，褶皺、破裂的初始點(diǎn)(轉(zhuǎn)捩點(diǎn))向噴口移動(dòng)，直到靠近噴口. 此時(shí)火焰達(dá)到完全湍流狀態(tài)，此后，再增大射流速度，火焰高度趨于定值.

圖2 射流擴(kuò)散火焰隨射流速度的變化

除此之外，學(xué)者們也對(duì)擴(kuò)散火焰的熄火、效率等特性進(jìn)行了詳細(xì)研究，得到了相關(guān)性能與氣動(dòng)、結(jié)構(gòu)參量間的變化關(guān)系. 這些研究都為深入理解擴(kuò)散火焰的內(nèi)在機(jī)理和發(fā)展高性能擴(kuò)散燃燒技術(shù)奠定了理論基礎(chǔ).

但目前關(guān)于擴(kuò)散火焰結(jié)構(gòu)和特性的結(jié)果大都是基于氣態(tài)燃料獲得，氣態(tài)燃燒與兩相燃燒有較大的區(qū)別，因而兩者的火焰結(jié)構(gòu)和燃燒特點(diǎn)也會(huì)有所不同，理論上的不足顯然會(huì)影響到目前兩相燃燒系統(tǒng)的燃燒組織和性能優(yōu)化.

在此基礎(chǔ)上，本文利用鼓風(fēng)式煤油噴燈，以航空煤油為燃料、空氣為氧化劑，詳細(xì)開展不同空氣射流流量下擴(kuò)散火焰的形狀、高度和溫度場(chǎng)等的研究，以獲得兩相擴(kuò)散火焰的基本結(jié)構(gòu).

2 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀⑾到y(tǒng)和參量

2.1鼓風(fēng)式煤油噴燈

鼓風(fēng)式煤油噴燈模型及幾何參量如圖 3所示. 噴燈主要由射流管、風(fēng)管、燈芯、燈體及底座組成. 空氣從射流管出來后先流入風(fēng)管，然后再流出，其中射流孔直徑為0.81 mm. 液態(tài)航空煤油從底端供入，通過燈芯上行至端面，圓環(huán)形燈芯內(nèi)直徑為13.5 mm，外直徑為36 mm. 在中間射流空氣的引射作用下，從燈芯帶出煤油，與空氣射流及外界環(huán)境空氣進(jìn)行混合，從燈芯引射出來的煤油包括了已蒸發(fā)的煤油蒸汽和液態(tài)煤油微粒.

圖3 煤油噴燈結(jié)構(gòu)示意圖

空氣作為燃燒的氧化劑，由射流管噴出后，形成自由射流，其流場(chǎng)的基本特征如圖4所示(圖中箭頭代表當(dāng)?shù)厮俣却笮『头较?，整個(gè)射流流場(chǎng)主要由3段組成：起始段、過渡段和主體段[8]. 射流以速度u0從噴口流出后，由于周圍速度較低的空氣的拖拽作用，使得射流外圍的速度降低，形成了圖中所示的混合區(qū)；而中心速度不受影響保持u0不變，形成了核心區(qū)；隨著距離的增加， 外界低速

圖4 自由射流流場(chǎng)基本結(jié)構(gòu)

空氣的影響區(qū)域越來越大，即混合區(qū)不斷變大，核心區(qū)逐漸減小直到消失，起始段結(jié)束. 下面一段是過渡段，此時(shí)射流軸心線上的速度開始減小，到一定距離后，內(nèi)外氣流間充分混合，射流速度大小和分布不再變化，則射流流動(dòng)從過渡段轉(zhuǎn)入主體段. 可見，隨著射流的不斷引射、發(fā)展，射流中心速度逐漸減小，射流區(qū)域逐漸增大.

2.2實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖5和圖6所示，整個(gè)系統(tǒng)由鼓風(fēng)式煤油噴燈、分液漏斗、空氣壓縮機(jī)、閥門、導(dǎo)管、浮子流量計(jì)、溫度顯示儀、紅外熱像儀、工業(yè)相機(jī)和計(jì)算機(jī)等組成. 空氣射流由空氣壓縮機(jī)提供，經(jīng)減壓閥、浮子流量計(jì)及輸氣管進(jìn)入鼓風(fēng)式煤油噴燈的射流管，流量由浮子流量計(jì)測(cè)量，流量計(jì)的精度等級(jí)為2.5級(jí)，量程為200 L/h. 航空煤油由分液漏斗經(jīng)導(dǎo)管進(jìn)入煤油噴燈，每次測(cè)量前保持導(dǎo)管內(nèi)液面與噴燈的高度一致，這可以保證各種工況時(shí)分液漏斗的導(dǎo)管到燈芯處的壓差相同.

圖5 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)圖

圖6 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)物照片

基于圖像法研究火焰是常用的研究方法[9-10]，文中射流擴(kuò)散火焰的光學(xué)圖像及溫度圖像分別由工業(yè)相機(jī)和紅外熱像儀拍攝. 工業(yè)相機(jī)的分辨率為1 024×1 024像素，紅外熱像儀為Researc-3N型全數(shù)字動(dòng)態(tài)紅外熱像儀，測(cè)溫范圍-253～1 273 K，溫度分辨率為0.1 ℃，空間分辨率為1.9 mrad[11].

在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中安裝了K型溫差電偶，固定在三維坐標(biāo)架上，可通過三維坐標(biāo)架的刻度確定測(cè)量點(diǎn)的空間坐標(biāo). 溫差電偶絲的材料為鎳鉻-鎳硅，測(cè)溫范圍為0～1 300 ℃，Ⅱ級(jí)精度(±0.75%t). 溫差電偶測(cè)點(diǎn)布置在靠近火焰根部的位置，另一端連接溫度顯示儀(可以對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償). 實(shí)驗(yàn)中，在采用紅外熱像儀拍攝溫度場(chǎng)的同時(shí)，也用溫差電偶測(cè)量指定參考點(diǎn)的溫度. 在數(shù)據(jù)處理時(shí)，根據(jù)參考點(diǎn)的溫差電偶測(cè)得的溫度，對(duì)紅外熱像儀測(cè)得的溫度分布進(jìn)行校準(zhǔn).

2.3實(shí)驗(yàn)參量

液態(tài)燃料采用RP-3航空煤油，航空煤油為各種烷烴、烯烴及苯類有機(jī)物組成的混合物，根據(jù)所含C和H的含量可以采用C12H23來表示. 其與氧氣的化學(xué)反應(yīng)方程式為

當(dāng)燃油與氧氣的質(zhì)量比(油氣比)f=167/568=0.294(對(duì)應(yīng)的燃油與空氣比為0.067 6)時(shí)，發(fā)生完全化學(xué)反應(yīng)，該油氣狀態(tài)也稱為化學(xué)恰當(dāng)狀態(tài)，對(duì)應(yīng)的燃油和氧氣(或空氣)的比值記為化學(xué)恰當(dāng)比fs. 當(dāng)ffs稱為富燃料燃燒(富油燃燒).

空氣射流流量是研究中的重要參量，不僅會(huì)改變流場(chǎng)特性、射流速度，影響油氣混合強(qiáng)度和燃燒駐留時(shí)間，而且也直接影響射流對(duì)燃料的引射效果，改變油氣比f的大小. 實(shí)驗(yàn)中空氣射流流量的變化范圍從0 L/h變到180 L/h，具體的變化數(shù)值及對(duì)應(yīng)的射流出口速度和雷諾數(shù)如表1所示，表中流量為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量.

表1 空氣射流流量試驗(yàn)工況

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)中，開展表1所示的10組工況的研究，其中工況1～9都能成功點(diǎn)燃并穩(wěn)定燃燒；第10組工況時(shí)，煤油噴燈無法穩(wěn)定燃燒，出現(xiàn)了熄火現(xiàn)象，主要是因?yàn)榱黧w速度過高后，油氣來不及混合，停留時(shí)間也不足以使之著火或充分燃燒. 因此，主要針對(duì)工況1～9進(jìn)行分析.

3.1兩相擴(kuò)散火焰形狀分析

圖7示出了工況1～9的火焰形狀照片.

圖7 不同工況下的火焰形狀

3.1.1 有空氣射流的情況

射流流量不為零時(shí)(工況2～9)，火焰形狀總體相同，沿軸向往上，火焰直徑先增加到一最大值，然后減小，到最高點(diǎn)時(shí)收縮為尖頂. 實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)，射流流量增大，火焰顏色由黃色逐步向藍(lán)色變化，產(chǎn)生的碳黑減少.

空氣從煤油噴燈的風(fēng)管出來后，形成了如圖4所示的自由射流流場(chǎng)，燈芯中的煤油蒸汽被引射帶入混合區(qū)，與其中的空氣進(jìn)行混合，一旦達(dá)到合適的油氣比，就著火燃燒. 在射流管出口處，混合區(qū)小，油氣混合的量相對(duì)也少，可燃區(qū)域就小；向上，隨著混合區(qū)區(qū)域面積的擴(kuò)大，油氣混合的量增加，燃燒的范圍也隨之?dāng)U大；再向上，由于大部分煤油都已被燒完，可燃的范圍又相應(yīng)地變小. 另外，由于中間的流速快，燈芯內(nèi)側(cè)的煤油會(huì)被射流帶得更高，再加上隨著火焰高度的增加煤油越來越少，使得上端的火焰會(huì)逐步收縮至尖頂.

由圖7還可看出，從工況2到工況9，火焰面由光滑變?yōu)榘欛拊僮優(yōu)楣饣?，這種變化主要與射流的流態(tài)有關(guān). 雷諾數(shù)較小時(shí)(如工況2)，流動(dòng)處于層流，流動(dòng)分層且表面光滑；雷諾數(shù)變大后，層流向湍流轉(zhuǎn)變，流場(chǎng)內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)大量的微小漩渦. 雷諾數(shù)較小時(shí)(如工況4～6)，這些小漩渦的時(shí)均特征在各個(gè)方向和區(qū)域是不均勻的，宏觀上體現(xiàn)出各區(qū)域的流場(chǎng)形狀變得不規(guī)則，稱為從層流向湍流的過渡態(tài)；雷諾數(shù)繼續(xù)增加，微小漩渦在各個(gè)方向的時(shí)均特征變得相同，流動(dòng)處于完全湍流的狀態(tài)，流場(chǎng)形狀在宏觀上重新變成規(guī)則和光滑.

本研究中，燃油的運(yùn)動(dòng)主要依賴于空氣射流的引射帶動(dòng)，因而燃油的流動(dòng)特性和油氣分布規(guī)律也就與流場(chǎng)結(jié)構(gòu)相匹配，即有什么樣的流場(chǎng)就會(huì)體現(xiàn)出對(duì)應(yīng)的油氣分布特征，既而出現(xiàn)對(duì)應(yīng)的火焰面. 燃燒區(qū)域出現(xiàn)分層現(xiàn)象可能與下面2個(gè)因素有關(guān)：一是相比于氣態(tài)燃料，煤油不易快速燃燒完全；二是液態(tài)煤油微粒受熱蒸發(fā)成煤油蒸汽，與空氣混合后產(chǎn)生二次燃燒. 火焰顏色和碳黑主要與混合均勻程度及富燃料區(qū)域有關(guān)，射流流量越大，流速越高，特別是進(jìn)入湍流狀態(tài)，油氣混合越均勻，富燃料區(qū)域變少，燃燒變得更充分，碳黑不易產(chǎn)生.

3.1.2 沒有空氣射流的情況(工況1)

工況1(空氣射流流量為0)的火焰形狀與有射流流量的工況有較大的區(qū)別：火焰表面光滑，沒有出現(xiàn)明顯的褶皺. 火焰在軸向上并不豎直，中上部出現(xiàn)了明顯的彎曲和分叉、分層現(xiàn)象. 沿軸向往上，火焰底部的直徑最大(圖7中標(biāo)出的直徑為32.5 mm)，然后逐漸減小，到一定高度時(shí)基本保持不變. 實(shí)驗(yàn)中整個(gè)火焰呈現(xiàn)橙黃色，并伴隨有大量的炭黑形成.

產(chǎn)生上述形狀和現(xiàn)象的原因可能是：由于工況1的空氣射流流量為0，從燈芯出來的煤油蒸汽主要與外部環(huán)境空氣進(jìn)行混合，因而在底部處外圍先著火，火焰面的直徑也最大，然后內(nèi)側(cè)的煤油蒸汽再逐步與外界空氣混合著火，火焰直徑有所減??；同時(shí)由于油氣自由混合的速度慢、強(qiáng)度低，化學(xué)反應(yīng)速率和燃燒速率都小，使得火焰會(huì)拖得很長(zhǎng)，對(duì)于特定流向截面處的燃燒而言，包含當(dāng)?shù)氐男迈r混合氣和從下部流過來的已燃?xì)鈨刹糠?，這兩部分的相互作用以及油氣混合不均勻?qū)е铝嘶鹧嫘螤畹膹澢?、分叉和分層現(xiàn)象. 除此外，燃燒速度較慢、少量液態(tài)煤油微粒受熱蒸發(fā)后的二次燃燒，也是造成頂端火焰分叉和分層的重要原因. 此外無射流情況下，油氣混合氣偏向富燃料，燃燒時(shí)更易產(chǎn)生碳黑，而碳黑的二次燃燒也會(huì)加劇燃燒的不均勻性.

3.2射流擴(kuò)散火焰高度

圖7中火焰照片左側(cè)的標(biāo)尺是實(shí)驗(yàn)中與火焰同時(shí)拍攝的，可以從標(biāo)尺中讀出火焰的高度，如圖 8所示，橫坐標(biāo)為空氣射流流量，縱坐標(biāo)為擴(kuò)散火焰高度. 由圖8可見，通入空氣射流后，隨著射流流量的增加，火焰高度先減小(工況2～6)，然后基本保持不變(工況7～9)，火焰高度的最大差距接近9 cm.

圖8 火焰高度隨射流流量變化圖

如前所述，隨著空氣射流流量的增加，出口速度和射流雷諾數(shù)Re變大，相應(yīng)地提高了射流的湍流強(qiáng)度，引射摻混增強(qiáng)，油氣混合速度加快，提高了化學(xué)反應(yīng)速率和火焰?zhèn)鞑ニ俣龋龠M(jìn)了充分燃燒，有利于縮短火焰高度；但同時(shí)，射流速度越快，相同時(shí)間內(nèi)流體流過的距離就越長(zhǎng)，這反過來會(huì)增加火焰的高度；另外射流雷諾數(shù)增大到一定程度后，油氣混合強(qiáng)度以及冷熱氣流間的熱量和質(zhì)量交換程度處于較高水平，繼續(xù)提高雷諾數(shù)帶來的促進(jìn)燃燒的作用有所減弱， 火焰高度將變化不大. 3方面的共同作用，使得擴(kuò)散火焰高度呈現(xiàn)先增大后減小最后保持不變.

3.3射流擴(kuò)散火焰的溫度分布

圖9所示為紅外熱像儀測(cè)得的工況1～9的溫度分布圖，背景采用黑色處理，左側(cè)色標(biāo)為溫度值.

由圖9可見，隨著射流流量的增加，射流火焰的最高溫度呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，最高溫度出現(xiàn)在工況6～8，達(dá)到1 200 ℃左右；而無空氣射流流量工況(工況1)的火焰溫度最低，中心最高溫度僅600 ℃. 此外，從圖9中溫度分布對(duì)比可以看出，除了工況1以外，其余工況都是中間靠近噴燈出口的部分溫度高，火焰外圍和上半部分溫度低，射流流量越大，這種現(xiàn)象越明顯，且中心高溫區(qū)的軸向長(zhǎng)度越短.

在沒有空氣射流的情況下，火焰區(qū)域內(nèi)的煤油蒸汽與空氣的摻混主要由自由擴(kuò)散主導(dǎo)，摻混速度慢，此時(shí)油氣處于富油狀態(tài)，火焰溫度低；在射流流量較小的工況，隨著射流流量的增加，混氣摻混強(qiáng)度增加，化學(xué)反應(yīng)速度和火焰?zhèn)鞑ニ俣忍岣?，燃燒快且充分，火焰溫度不斷升高，高溫區(qū)的軸向高度不斷縮短；但隨著射流量的進(jìn)一步增大(如工況9)，射流速度過大，油氣混合不充分，蒸發(fā)的煤油蒸汽也沒有足夠的時(shí)間充分燃燒即被高速射流帶走，導(dǎo)致火焰溫度有所降低.

圖9 不同工況下火焰溫度云圖

4 結(jié) 論

本文以鼓風(fēng)式煤油噴燈為對(duì)象，開展了不同空氣射流流量下兩相射流擴(kuò)散火焰結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)研究. 通過分析獲得如下主要結(jié)論：

1)有空氣射流時(shí)，射流擴(kuò)散火焰的形狀呈現(xiàn)下小中間大上端再變小的形狀，射流流量越小，其規(guī)整性越差. 相比于氣態(tài)燃料，煤油微粒的蒸發(fā)和燃燒速度慢，以及二次燃燒帶來了火焰的分叉或分層現(xiàn)象，射流流量越小，這種現(xiàn)象越明顯，特別是在無射流時(shí). 同時(shí)隨著射流流量的增加，火焰面由光滑向褶皺再光滑的趨勢(shì)變化.

2)射流火焰高度隨射流流量的增加逐漸減小，到射流流量變至120 L/h(Re=3 512.7)后，高度基本保持不變.

3)射流擴(kuò)散火焰的火焰溫度隨射流流量的增加先升高后降低，核心高溫區(qū)隨射流流量增大不斷縮短.

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[責(zé)任編輯：郭 偉]

Experimentalstudyonthestructureoftwo-phasediffusionflame

HE Shuo-ran1, WEI Jie-li2, LI Ming-yu2, CHEN Feng1

(1. High School Affiliated To Nanjing Normal University, Nanjing 210003, China; 2. College of Energy and Power Engineering, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China)

An experiment was conducted to study the effects of jet mass flow rate on the shape of two-phase diffusion flame based on the kerosene blast burner. The structures, heights and temperature of the flame with different jet flow rates were obtained by measuring the steady combustion flame using an industrial camera and an infrared camera. The results showed that the width of the bottom and top of the flame was smaller than that of the middle section. In addition, sometimes there existed stratification or bifurcation on the top of the flame. As the jet flow rate increased, the flame changed from a smooth one to a wrinkling one and finally returned to a smooth state. The height of the flame decreased and eventually remained constant as increasing the jet flow rate. Flameout was observed when the flow rate was 180 L/h. The maximum temperature of flame increased first and reduced later with the increase of the jet flow rate.

two-phase jet diffusion flame; flame structure; flame temperature; flame height

2017-03-18

何朔然(2000-)，男，浙江義烏人，南京師范大學(xué)附屬中學(xué)嚴(yán)濟(jì)慈班學(xué)生.

指導(dǎo)教師：陳 鋒(1969-)，男，江蘇南京人，南京師范大學(xué)附屬中學(xué)高級(jí)教師，學(xué)士，從事高中物理教學(xué)工作.

TK16;O643.21

：A

：1005-4642(2017)09-0049-06