? 燃氣燃燒時，一次空氣過剩系數(shù)α′在0～1之間，預(yù)先混入了一部分燃燒所需空氣，這種燃燒方法稱為部分預(yù)混式燃燒或大氣式燃燒。

　　一、部分預(yù)混層流火焰

　　產(chǎn)生部分預(yù)混層流火焰的典型裝置就是本生燈。如圖3—4—6，燃氣從本生燈下部小口噴出，井引射入一次空氣，在管內(nèi)預(yù)先混合，預(yù)混后的氣體自燈口噴出燃燒，產(chǎn)生圓錐形的火焰，周圍大氣亦供給部分空氣，稱為二次空氣，通過擴散與一次空氣未燃盡的燃氣混合燃燒。
　　這樣，在正常燃燒時形成兩個穩(wěn)定的火焰面：內(nèi)火焰面，即由燃氣與一次空氣預(yù)混合后燃燒而產(chǎn)生。為圓錐形，呈藍綠色，強而有力，溫度亦商，為部分預(yù)混火焰，也稱為藍色錐體；外火焰面，是二次空氣與一次空氣未燃盡的燃氣進行的擴散混合燃燒，其形狀也近似圓錐形，呈黃色，軟弱無力，溫度較低，這是擴散火焰。
　　藍色的預(yù)混火焰錐體出現(xiàn)是有條件的。若燃氣／空氣混合物的濃度大于著火濃度上限，火焰就不可能向中心傳播，藍色錐體就不會出現(xiàn)，而成為擴散式燃燒。若混合物中燃氣的濃度低于著火濃度下限，則該混合氣根本不可能燃燒。氫氣燃燒火焰出現(xiàn)藍色錐體的一次空氣系數(shù)范圍相當(dāng)大，而甲烷和其它碳氫化合物的燃燒火焰出現(xiàn)藍色錐體的一次空氣系數(shù)范圍則相當(dāng)窄。
　　藍色錐體的實際形狀，如圖3—5—5，可用管道中氣流速度的分布和火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊淖兓瘉斫忉尅?br /> 　　層流時，沿管道截面上氣體的流速按拋物線分布，噴口中心氣流速度最大，至管壁處降為零。
　　靜止的藍色錐體焰面說明了錐面上各點的正常火焰?zhèn)鞑ニ俣萻n(其方向指向錐體內(nèi)部)與該點氣流的法向分速度v_n相平衡，也即對于預(yù)混火焰錐面上的每一點都存在以下關(guān)系式，通常稱為米赫爾松余弦定律：
?

　　式中 ψ——預(yù)混氣流方向與焰面上該點法線方向之間的夾角。
　　余弦定律表明了層流火焰?zhèn)鞑ニ俣扰c迎面來的氣流速度在火焰穩(wěn)定情況下的平衡關(guān)系，火焰雖有向內(nèi)傳播的趨勢，但仍能穩(wěn)定在該點。
　　另一方面，藍色錐體焰面上各點，還有一個氣流切向分速度，使該處的質(zhì)點要向上移動。因此、在焰面上必須不斷進行下面質(zhì)點對上面質(zhì)點的點火，也就是說，需要一個底部點火源。
　　為了說明什么是最下部的點火源，需要分析一下根部的情況。在火焰根部，靠近壁面處氣流速度逐漸減小，至管壁處降至零，但火焰并不會傳到燃燒器里去，因為該處的火焰?zhèn)鲌笏俣纫蚬鼙谏嵋矞p小了。
　　在圖3—5—5中的點1處，火焰?zhèn)鞑ニ俣刃∮跉饬魉俣龋磗_n<v。在離燃燒器出口處某一距離的點2處，氣流速度變化不多，火焰?zhèn)鞑ニ俣葏s因管壁散熱影響明顯減小而增加，故s_n>v。這樣，在點1和點2之間，勢必存在一個s_n=v的點3，在點3上，焰面的法線方向和預(yù)混氣流方向一致；即夾角ψ=0。這就是說，在燃燒器出口的周邊上，存在一個穩(wěn)定的水平焰面，它就是燃燒器底部預(yù)混氣流的點火源，稱之為“點火環(huán)”。
　　藍色錐體的高度，也與火焰?zhèn)鞑ニ俣群涂扇蓟旌蠚饬魉俣扔嘘P(guān)。如圖3—5—6，設(shè)錐體高度為h,噴管出口半徑為r，在錐休表面取一微元面，它在高度上的投影為dh，在徑向上的投影為dr。
?

?

圖3-5-5 藍色錐體表面的速度分布

圖3-5-6 藍色錐體形狀

?

　　這就是藍色錐體形狀的微分方程式。為了求錐體高度h，可將該微分方程式積分。但由于沿r方向，v和s_n都是變化的，要求積分很困難。簡單的處理方法是，假設(shè)錐體為正錐體；錐體底面半徑與噴管出口半徑相等；s_n為常數(shù)，不隨r變化。這時cosψ也為常數(shù)，即
?

?

為斷面上的氣流平均速度，設(shè)可燃混合氣體積流量為q_v,??

。解方程(5—6)得
?

?

?

　　上式表明，影響火焰高度的因素是r、?? 、q和s_n。當(dāng)可燃混合氣成分和噴管出口尺寸一定時，平均流速或體積流量增加，都將使火焰高度增加；而火焰?zhèn)鞑ニ俣燃哟螅涓叨葴p小：當(dāng)噴管尺寸和可燃混合氣流量發(fā)生改變時，出口半徑加大，火焰高度增加。
　　由錐體高度近似公式(3—5—7)，就可以推導(dǎo)出動力法測定火焰正常傳播速度的公式(3—4—6)，即：
?

?

?