復(fù)雜的蒸汽鍋爐煤粉火焰穩(wěn)定問(wèn)題和單相預(yù)混可燃?xì)饬鞯幕鹧娣€(wěn)定分析有很大的不同。因?yàn)檎羝仩t煤粉火焰是極為復(fù)雜的帶懸浮顆粒的氣固兩相流燃燒過(guò)程，煤粉火焰穩(wěn)定問(wèn)題必然要涉及兩相流中不同粒徑的煤粉顆粒濃度分布、溫度分布和氣體成分分布，所得到的結(jié)論和單相預(yù)混可燃?xì)怏w的火焰穩(wěn)定問(wèn)題不同。

    為了使蒸汽鍋爐煤粉火焰能保持穩(wěn)定燃燒不致熄滅，應(yīng)該致力于在煤粉氣流中形成局部的高煤粉濃度、高溫和較高氧濃度的著火有利區(qū)。對(duì)于體積不大面且蒸汽鍋爐煤粉氣流作受限流動(dòng)的預(yù)燃室，為了使煤粉火焰穩(wěn)定，不應(yīng)單純追求氣流中央具有更大尺寸的回流區(qū)，因?yàn)檫@個(gè)原則只適用于保持可燃預(yù)混合氣體在大空間燃燒室中火焰的穩(wěn)定，而最重要的是要致力于組織好煤粉氣流燃燒工況，使煤粉顆粒和運(yùn)送它的空氣在燃燒室中適當(dāng)?shù)牡貐^(qū)能有所分離，使得煤粉因合理地分離開運(yùn)載空氣而在某個(gè)區(qū)域集中以形成局部的高煤粉濃度區(qū)，同時(shí)使這里的煤粉快速升溫、迅速地?zé)崃呀夂臀龀鰮]發(fā)物，并和較高濃度的氧氣進(jìn)行湍流混合，而形成局部的可燃混合氣體著火有利區(qū)。總之，蒸汽鍋爐煤粉火焰穩(wěn)定的關(guān)鍵就在于組織煤粉氣流能形成這樣的局部高煤粉濃度和高溫的著火有利區(qū)。更為理想的煤粉燃燒過(guò)程是在著火有利區(qū)中使煤粉的局部高煤粉濃度和高溫的著火有利區(qū)。更為理想的煤粉燃燒過(guò)程是在著火有利區(qū)中使煤粉氣流穩(wěn)定著火后，已開始劇烈燃燒反應(yīng)的煤粉顆粒又和足夠的空氣逐步按需要進(jìn)行充分、及時(shí)的湍流混合。

1.蒸汽鍋爐湍流射流混合與傳質(zhì)的基本規(guī)律：

   一次風(fēng)與二次風(fēng)之間的湍流混合和傳質(zhì)，屬于平行射流理論的范疇。湍流的本質(zhì)是流體參數(shù)的脈動(dòng)。在各種湍流理論中，普朗特的理論，縱向速度脈動(dòng)wx和橫向速度脈動(dòng)wy有相同的數(shù)量級(jí)，速度脈動(dòng)值

w決定于速度梯度和橫向尺寸L。

    橫向尺度L是普朗特理論中最基本的特征參數(shù)。L愈大，則由于橫向脈動(dòng)引起的流體微團(tuán)的橫向轉(zhuǎn)移距離愈長(zhǎng)，湍流混合的邊界層區(qū)愈寬大。在湍流自由射流的各橫斷面上，L可以作為一個(gè)常數(shù)來(lái)處理。隨著射流不斷向前發(fā)展，射流混合邊界厚度及各斷面上的混合長(zhǎng)度L都隨軸向距離按比例增長(zhǎng)。

    這是因?yàn)樗俣让}動(dòng)是一個(gè)隨機(jī)量，方向是隨時(shí)變化的，時(shí)正時(shí)負(fù)，當(dāng)W1與W2出現(xiàn)異號(hào)時(shí)，對(duì)其乖積進(jìn)行時(shí)均計(jì)算處理就會(huì)相消而減小，所以總是小于或等于。R=1的情況說(shuō)明，射流中1、2兩點(diǎn)是處在同一個(gè)流團(tuán)的旋渦之中，因此它們的速度脈動(dòng)在性質(zhì)上是完全一致的，是密切相關(guān)的，相反，當(dāng)R接近或等于0時(shí)，1、2兩點(diǎn)已不處于同一流體微團(tuán)的旋渦之中，兩者已完全無(wú)關(guān)了。從這個(gè)意義上講，相關(guān)系數(shù)R與混合長(zhǎng)度L是兩個(gè)有關(guān)聯(lián)但又完全不同的概念。通常，R小，則具有同一脈動(dòng)特征的流體微團(tuán)的旋渦尺寸也小；反之，R大，湍流旋渦具有更大的尺寸，波及和影響的范圍大。但是湍流混合并未達(dá)到完全充分而強(qiáng)烈的程度。

    在湍流流動(dòng)中，動(dòng)量、熱量和質(zhì)量的傳遞，是由于流體參數(shù)的脈動(dòng)引起微團(tuán)旋渦轉(zhuǎn)移的結(jié)果。所以，我們常用湍流粘性或湍流附加切應(yīng)力來(lái)反映湍流混合的特性。設(shè)有平均速度分別為W1和W2、密度分別為P1和P2的兩股不等密度平行射流，它們間的湍流切應(yīng)力o是由速度脈動(dòng)W1和W2引起的。

    湍流混合的強(qiáng)弱決定于兩平行射流的動(dòng)壓比。理論分析和實(shí)驗(yàn)都證明，兩平行射流間的動(dòng)壓差是湍流擴(kuò)散的動(dòng)力平源。動(dòng)壓相差愈大，則流體微團(tuán)可以在更大的尺度范圍內(nèi)進(jìn)行湍流擴(kuò)散。此時(shí)，混合邊界層愈偏于動(dòng)壓小的射流一側(cè)。當(dāng)兩平行射流的動(dòng)壓值接近相等時(shí)，由動(dòng)壓差引起的湍流擴(kuò)散將顯著減小到十分微弱的程度。這時(shí)，平行射流間進(jìn)行湍流擴(kuò)散只能靠湍流本身所具有的原始湍動(dòng)來(lái)維持了，在組織煤粉燃燒時(shí)，可以利用大動(dòng)壓差使大塊流體微團(tuán)在遠(yuǎn)大于層流火焰鋒面厚度的尺寸范圍內(nèi)進(jìn)行、蒸汽鍋爐熱量和質(zhì)量的傳遞，這種湍流稱為大尺度湍動(dòng)。蒸汽鍋爐煤粉、空氣混合物（即一次風(fēng)）實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定著火所必需的著火熱量，以及焦炭燃燒階段所必需的氧化物質(zhì)的長(zhǎng)距離輸運(yùn)，主要都是靠大尺度湍動(dòng)遷移來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

    決定湍流混合強(qiáng)弱的另一個(gè)重要的物理量，是射流本身的動(dòng)壓頭中的。它的大小直接反映了射流本身所具有的湍流混合的能力，它是射流內(nèi)部進(jìn)行動(dòng)量、熱量和質(zhì)量傳遞的動(dòng)力源。一般說(shuō)來(lái)，靠射流自身湍動(dòng)的流體微團(tuán)尺度范圍比較小，總是小于層流火焰鋒面的厚度。所以又稱為小尺度湍動(dòng)。從燃燒學(xué)可知，當(dāng)射流出口雷諾數(shù)時(shí)，小尺度湍動(dòng)引起的火焰鋒面上湍流火焰?zhèn)鞑ニ俣扰c成正比。

    盡管大尺度湍動(dòng)對(duì)動(dòng)量、熱量和質(zhì)量傳遞的作用很大，但是小尺度湍動(dòng)在組織蒸汽鍋爐煤粉燃燒過(guò)程中也是不可缺少的。在大尺度湍動(dòng)的流體微團(tuán)中，由于煤粉和空氣一起。