·1382· 北京科技大学学报 第36卷 2000 35 1800r a 5 1600 40 1400 35 1600 25 1200 /30 20 25 1000 1200 15 20 800 ·一最高火焰温度 ·一最高火焰温度 15 ·瞬态火焰传播温度 10 600 -o·瞬态火焰传播温度 10 800gL 400L 0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0 .10.2030.40.50.60.70.80.91.0 质量浓度依g·m》 质量浓度依g·m 45r 40 35 304 25 20 ·一过1”热电偶时暖态火焰传播速度 10 -0·过2”热电偶时瞬态火焰传播速度 s 0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0 质量浓度低gm 图8热电偶处最高火焰温度与爵间火焰传播速度关系.(a)1*热电偶位置处：(b)2热电偶位置处：（©）瞬间火焰传播速度比较 Fig.8 Relationship between the maximum flame temperature and the transient flame propagation speed at thermocouple positions:(a)at 1*thermo- couple location:(b)at 2*thermocouple location:(c)comparation of transient flame propagation speed between 1 and 2*thermocouple locations 示.从图8(a)和(b)可以看出，随着锆粉云质量浓 表5火焰传播速度数据 度的逐渐增加，热电偶处温度峰值与瞬间火焰传播 Table 5 Flame propagation speed data 速度整体上都是先升高后减小.这主要有两个原 锆粉云质量 热电偶处瞬间火焰 火焰在管道中的 浓度/ 传播速度/(ms) 最快传播速度/ 因：(1)火焰温度越高，会减少火焰前沿处还没有燃 (kg'm-3) 1# (m's-) 烧的颗粒从吸收热量到引燃的时间，加快了化学反 0.156 5.60 6.00 7.20 应速率，故提升了火焰传播速度.(2)传播速度越 0.313 13.85 20.85 25.45 快，参加燃烧的未燃颗粒数量也就越多，使得整个反 0.469 18.97 25.81 27.36 应体系释放出的热量急剧增加，导致体系中火焰温 0.625 26.67 39.70 39.70 度也整体升高，这正是火焰的加速传播机理.由此 0.781 22.19 31.48 31.48 可见，温度峰值和最快火焰传播速度都受粉尘云质 0.938 19.02 20.19 28.78 量浓度的影响，粉尘云质量浓度大小起了确定性作 用.在研究石松粉尘0、铁粉尘0和铝粉尘☒火 较高.这主要是因为粉尘云质量浓度过高时，会造 焰传播的文献中也有相似规律. 成富燃料燃烧，在管道中没有充足的氧气维系进一 在各质量浓度下，火焰锋面经过热电偶时的瞬 步化学反应；并且大量没有燃烧的粉尘会吸收体系 间火焰传播速度以及火焰在管道中传播可达到的最 中的热能，对体系有降温作用.这两方面原因最终 快速度的数据，如表5所示. 导致最快传播速度呈降低趋势， 从表5数据中可以得到，2热电偶处瞬间火焰 5结论 传播速度快于1"热电偶处瞬间火焰传播速度，是因 为火焰在管道中的传播属于加速传播.在质量浓度 用直径25μm铂/铑3-铂金属丝制作成的微细 为0.625kg°m-3和0.781kgm-3时，火焰传播到2" 热电偶测量竖直管道中锆粉云传播火焰的温度，分 热电偶处时，其传播速度已达到最大值.质量浓度 析得到锆粉云最高火焰温度与锆粉云质量浓度之间 超过0.625kg"m-3时，火焰在管道中的最快传播速 的关系，并且在分析高速摄像机拍摄到的的系列火 度会降低，但比起低质量浓度，其最快传播速度仍然 焰图片后，发现热电偶处锆粉云最高火焰温度与瞬北 京 科 技 大 学 学 报 第 36 卷 图 8 热电偶处最高火焰温度与瞬间火焰传播速度关系． ( a) 1# 热电偶位置处; ( b) 2# 热电偶位置处; ( c) 瞬间火焰传播速度比较 Fig． 8 Ｒelationship between the maximum flame temperature and the transient flame propagation speed at thermocouple positions: ( a) at 1# thermo￾couple location; ( b) at 2# thermocouple location; ( c) comparation of transient flame propagation speed between 1# and 2# thermocouple locations 示． 从图 8( a) 和( b) 可以看出，随着锆粉云质量浓 度的逐渐增加，热电偶处温度峰值与瞬间火焰传播 速度整体上都是先升高后减小． 这主要有两个原 因: ( 1) 火焰温度越高，会减少火焰前沿处还没有燃 烧的颗粒从吸收热量到引燃的时间，加快了化学反 应速率，故提升了火焰传播速度． ( 2) 传播速度越 快，参加燃烧的未燃颗粒数量也就越多，使得整个反 应体系释放出的热量急剧增加，导致体系中火焰温 度也整体升高，这正是火焰的加速传播机理． 由此 可见，温度峰值和最快火焰传播速度都受粉尘云质 量浓度的影响，粉尘云质量浓度大小起了确定性作 用． 在研究石松粉尘［10］、铁粉尘［11］和铝粉尘［12］火 焰传播的文献中也有相似规律． 在各质量浓度下，火焰锋面经过热电偶时的瞬 间火焰传播速度以及火焰在管道中传播可达到的最 快速度的数据，如表 5 所示． 从表 5 数据中可以得到，2# 热电偶处瞬间火焰 传播速度快于 1# 热电偶处瞬间火焰传播速度，是因 为火焰在管道中的传播属于加速传播． 在质量浓度 为 0. 625 kg·m － 3和 0. 781 kg·m － 3时，火焰传播到 2# 热电偶处时，其传播速度已达到最大值． 质量浓度 超过 0. 625 kg·m － 3时，火焰在管道中的最快传播速 度会降低，但比起低质量浓度，其最快传播速度仍然 表 5 火焰传播速度数据 Table 5 Flame propagation speed data 锆粉云质量 浓度/ ( kg·m － 3 ) 热电偶处瞬间火焰 传播速度/( m·s － 1 ) 1# 2# 火焰在管道中的 最快传播速度/ ( m·s － 1 ) 0. 156 5. 60 6. 00 7. 20 0. 313 13. 85 20. 85 25. 45 0. 469 18. 97 25. 81 27. 36 0. 625 26. 67 39. 70 39. 70 0. 781 22. 19 31. 48 31. 48 0. 938 19. 02 20. 19 28. 78 较高． 这主要是因为粉尘云质量浓度过高时，会造 成富燃料燃烧，在管道中没有充足的氧气维系进一 步化学反应; 并且大量没有燃烧的粉尘会吸收体系 中的热能，对体系有降温作用． 这两方面原因最终 导致最快传播速度呈降低趋势． 5 结论 用直径25 μm 铂/铑 l3--铂金属丝制作成的微细 热电偶测量竖直管道中锆粉云传播火焰的温度，分 析得到锆粉云最高火焰温度与锆粉云质量浓度之间 的关系，并且在分析高速摄像机拍摄到的的系列火 焰图片后，发现热电偶处锆粉云最高火焰温度与瞬 · 2831 ·