火焰是燃料和空气混合后迅速转变为燃烧产物的化学过程中出现的可见光或其他的物理表现形式,也是一种物理现象。它是有焰燃烧的基本特征。
气态可燃物燃烧时形成的火焰,有预混火焰和扩散火焰两种。可燃气体与空气预先混合后进行预混燃烧所呈现的火焰称为预混火焰;可燃气体与空气边混合边燃烧所呈现的火焰,称为扩散火焰。液态和固态可燃物燃烧时由分解或蒸发产生的气体形成的火焰,一般为扩散火焰。
可燃物在燃烧时,根据其状态不同和助燃物的供给方式等因素不同,火焰的结构也不完全相同。
(一)气态可燃物的火焰
以本生灯为例,其火焰结构如图2-2所示。由一次空气供氧所形成的火焰峰面在内层,称为内焰;由二次空气供氧所形成的火焰峰面在外层,称为外焰。这种火焰比较稳定,温度较高,本生灯、气焊炬等火焰属于这一类。有的气体火焰无一次空气进入,只有一层圆锥形火焰,即只有外焰、如天然气井喷火焰、可燃气体容器或管路破裂时在泄漏处形成的喷流火焰等。
图2-2 本生灯火焰的构造
(二)液态可燃物的火焰
液态可燃物的火焰结构,可以以蜡烛火焰为例,如图2-3所示。它由焰心、内焰和外焰3个区域组成。
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图2-3 蜡烛火焰的构造
1.焰心
焰心是最内层亮度较暗的圆锥体部分,由可燃物受热蒸发或分解产生的气态可燃物所构成。由于内层氧气浓度较低,所以燃烧不完全,温度较低。
2.内焰
内焰为包围在焰心外部较明亮的圆锥体部分。在这层火焰中气态可燃物进一步分解,因氧气供应不足,所以燃烧也不甚完全,但温度较焰心高。因火焰中的微小炭粒子受热发出较明亮的光,所以内焰的亮度最强。
3.外焰
外焰为包围在内焰外面亮度较暗的圆锥体。在这层火焰中,氧气供给充足,因此,燃烧完全,燃烧温度最高。在外焰燃烧的往往是一氧化碳和氢气,炽热的炭粒很少,因此几乎没有光亮。
一切可燃性固体和液体燃烧时形成的火焰,都有焰心、内焰和外焰3个区域。但可燃气体燃烧时形成的火焰,只有内焰和外焰两个区域,而没有焰心区域,这是由于气体的燃烧一般无相变的过程。在火焰中,不同的部位有不同的温度。焰心的温度最低,外焰的温度最高。在火场上,固体表面的形状和堆放的方法不同,火焰的形状也不同;风力等外界环境因素的影响,也使固体、液体的火焰形状有所不同。
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