若假設(shè)L₁和L₂為火焰長度，該處的燃燒必在射流軸線上進(jìn)行，燃?xì)馀c空氣的混合比符合化學(xué)當(dāng)量比。
　　燃?xì)夂涂諝庵g的擴散率，即單位時間從空氣中擴散到燃?xì)庵腥サ难趿?，?yīng)與濃度梯度成正比；

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　　式中 D——層流分子擴散系數(shù)；
　　　　F——垂直于擴散方向的兩股氣流的接觸面積，它正比于Ld；
　　　　dC／dr——徑向濃度梯度，正比于1／d，即在給定的燃?xì)夂涂諝獾某跏紳舛认?，直徑越小，濃度變化越劇烈?br /> 　　這樣，對于上述兩種相似情況，擴散率之比

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　　此外，擴散到可燃?xì)庵械难跏谷細(xì)馊紵?，若在L₁，L₂距離內(nèi)正好燃燒完畢，則在這段距離內(nèi)的擴散率應(yīng)當(dāng)和燃?xì)獾牧髁肯噙m應(yīng)，即兩者應(yīng)成正比，即

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　　由此可見，層流擴散火焰的長度與燃?xì)鈬娮熘睆狡椒胶腿細(xì)獾牧魉俪烧龋c燃?xì)獾姆肿訑U散系數(shù)成反比。對同一種燃?xì)夂屯蝗細(xì)鈬娮於裕細(xì)馑俣仍酱?，火焰就越長。由于vd²反映了燃?xì)獾捏w積流量，故當(dāng)燃?xì)饬髁坎蛔儠r，火焰長度與燃?xì)饬魉俸蛧娮炜趶綗o關(guān)，而與燃?xì)獾姆肿訑U散系數(shù)成反比，擴散系數(shù)越小，分子擴散越緩慢，則火焰越長。
　　煉焦?fàn)t立火道內(nèi)加熱煤氣的燃燒，屬于強制條件下的同軸流層流擴散燃燒，其火焰高度也符合式(5—1)，從燃燒方法出發(fā)，改善焦餅高向加熱均勻性的主要措施為：廢氣循環(huán)、焦?fàn)t煤氣貧化、改變煤氣和空氣出口的中心距以及氣流夾角、選取恰當(dāng)?shù)目諝膺^剩系數(shù)等。

　　二、紊流擴散火焰

　　在工業(yè)上，廣泛采用的擴散燃燒是紊流擴散燃燒。
　　圖3—5—4表示出擴散火焰由層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鞯陌l(fā)展過程。如圖，層流擴散火焰的焰面邊緣光滑、輪廓清晰、形狀穩(wěn)定，隨著燃?xì)饬魉俚脑黾?，火焰高度幾乎呈線性增高，一直達(dá)到最大值。此后，流速增加使火焰頂端開始變得不穩(wěn)定，并開始顫動。隨著流速進(jìn)一步提高，這種不穩(wěn)定現(xiàn)象將逐步發(fā)展為帶有噪音的紊流刷狀火焰，它從火焰頂端的某一確定點開始發(fā)生層流破裂，并轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪魃淞鳌?br /> 　　由于紊流擴散，燃燒加快，迅速地使火焰的高度縮短，同時使由層流火焰破裂轉(zhuǎn)為紊流刷焰的那個破裂點向噴燃器方向移動。當(dāng)射流速度達(dá)到使破裂點十分靠近噴口，即達(dá)到充分發(fā)展的紊流火焰條件后，速度若進(jìn)一步提高，火焰的高度以及破裂點高度都不再改變而保持一個定值，但火焰的噪音卻會繼續(xù)增大，火焰的亮度也會繼續(xù)減弱。最后在某一速度下(該速度取決于可燃?xì)獾姆N類和噴燃器尺寸)，火焰會吹離噴管。擴散火焰由層流狀態(tài)過渡為紊流狀態(tài)，一般發(fā)生在Re數(shù)為2000～10000的臨界值范圍內(nèi)。

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圖3-5-4 火焰的形狀及高度隨射流速度增加的連續(xù)變化
　　在紊流擴散火焰中，無法區(qū)分焰面和其它部分，在整個火焰內(nèi)都進(jìn)行著燃?xì)夂涂諝獾幕旌?、預(yù)熱和化學(xué)反應(yīng)。這種火焰的形狀和長度完全取決于燃?xì)馀c空氣流向的交角和流動特性。例如，空氣沿軸向進(jìn)入爐膛時，形成一股瘦長的圓錐形火炬；當(dāng)空氣流強烈旋轉(zhuǎn)時，混合加強，形成一股短而寬的火矩。在工程上可以采用各種方法來調(diào)節(jié)和強化紊流擴散燃燒過程。如前所述，紊流擴散火焰的長度較層流擴散火焰為短，其長度L亦可按式(3—5—1)確定，不過此時擴散系數(shù)D要采用紊流擴散系數(shù)D_t。
　　因為D_t∝ε×L′其中，紊流強度ε∝平均流速v，紊流尺度L′∝管子直徑d，所以有L′∝d，就是說，紊流火焰長度i與噴燃器的直徑d成正比，而與流速無關(guān)。這一結(jié)論已為實驗所證實。
　　按氣流混合規(guī)律，在燃?xì)馕闪髯杂缮淞髦?，軸線上的燃?xì)鉂舛菴_g與射流出口處的原始濃度C₁之比為

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　　式中 s——距出口的軸向距離；
　　　　a——紊流結(jié)構(gòu)系數(shù)，可取0．07-0．08；
　　　　r——射流噴口半徑。
　　射流中各點的燃?xì)鉂舛扰c空氣濃度之和各處應(yīng)是一樣的，它等于出口處的濃度和C₁+O=C₁。
　　因此，燃?xì)鉂舛群涂諝鉂舛戎葹椤　　?

。在火焰鋒面上，這個濃度比應(yīng)近似地等于化學(xué)計量濃度比1：n，故：

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　　三、擴散火焰的穩(wěn)定

　　使燃?xì)庵鸩⑹蛊湓跉饬髦羞M(jìn)行傳播，固然是研究燃燒過程的一個很重要的課題，但是如何使火焰在氣流中維持穩(wěn)定的傳播，對燃燒過程的研究尤為重要。這不僅具有理論意義，而且還具有實際意義。設(shè)想一個燃燒裝置，燃?xì)庵鹨院?，不具有穩(wěn)定的燃燒過程，燃燒火焰時續(xù)、時熄，顯然這種燃燒裝置是沒有任何實用價值的。
　　所謂火焰的穩(wěn)定性，就是指在規(guī)定的燃燒條件下，火焰這個高溫混合物區(qū)域能保持一定的位置和體積，既不回火，也不脫火，能夠穩(wěn)定燃燒的一種性能。導(dǎo)致回火或脫火的根本原因，是火焰?zhèn)鞑ニ俣扰c可燃混合氣流噴出速度之間的平衡遭到破壞，如第四章第一節(jié)所討論。
　　對于擴散火焰，燃?xì)夂涂諝馐欠謩e送入燃燒室的，不會出現(xiàn)回火，但燃?xì)饣蚩諝獾膰姵鏊俣冗^大或噴口直徑過小，都可能產(chǎn)生脫火或熄滅。為了提高火焰的穩(wěn)定性，電必須有穩(wěn)定火焰的措施，尤其在提高擴散火焰燃燒強度的同時，更應(yīng)注意保證火焰的穩(wěn)定。
　　射流擴散火焰的穩(wěn)焰措施，可以有以下幾種方法：
　　(1)使射流界面上的燃燒速度與氣流速度和平衡；
　　(2)利用噴燃?xì)獾膰娍谶吘壓竺嫠纬傻臍饬鳝h(huán)流區(qū)和回流區(qū)；
　　(3)利用氣流的旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的環(huán)流與回流區(qū)；
　　(4)依靠射流出口處的短圓管與射流之間形成的環(huán)流等。