火焰在旋转射流区内部受到离心力的作用与回流的压力影 响，均匀的附着在扩张口内壁与炉膛顶端。由于燃料与氧气 混合均匀，在炉膛上半部燃烧反应基本完全能结束，炉膛下 半部温度较低且受炉膛出口影响温度场云图分布不均匀。

图 5 为 3 中旋流强度下测点的温度对比折线图。图 5 中 不同旋流强度下的火焰面温度随着观测点距离增加而升高，  达到温度峰值后逐渐降低，  旋流强度越低温度下降的越剧烈。 三种旋流强度下火焰的最低温度都位于 0mm 处且较为接近， 为 1200K － 1300K 左右。旋流强度为 0.23 与 0.49 的温 度峰值出现在 25mm 处分别为 3230K 和 3599K，  旋流强 度为 0.84 时，  温度峰值出现在 100mm 处为 3400K。由以 上结果可以得出， 当旋流为弱旋流即强度为 0.23 与 0.49 时， 轴向的速度过大，压力梯度较小难以形成回流，旋流的作用  仅为提高混合气体的卷吸能力和加速气体流速的衰减，火焰  黑心区域较小，温度峰值离炉膛中轴线较近；当旋流强度为  0.84 时， 属于强旋流， 混合气体的切向速度远大于径向速度， 形成了较大的回流区，火焰的黑区变大，峰值点向后移动。

扩张口曲率半径对纯氧平焰燃烧的影响

图 6 是扩张口的曲率半径的变化及其对流场的影响。由 图 6 可以看出整个炉膛的顶部存在两个回流区，回流区的分 界线随着曲率半径的增大向炉膛外侧移动。一股与燃烧器喷

出的射流汇合，沿着炉膛中轴线向下流动。另一股出现在燃 烧器扩张口附近沿着扩张口向炉膛顶部流动，同时对旋转流 股产生挤压的作用，产生附壁效应，使其沿着扩张口向两侧 流动。

当曲率半径为 0.5 时，扩张口与炉膛上壁面连接处相对 其他两组不平滑，其附近的回流区不断向上抬升，随着径向  距离的增加，回流区宽度越来越窄，涡流死区产生的概率增  大。这使得平焰燃烧的火焰盘直径减小，火焰盘的厚度逐渐 变薄，  使得炉内的温度分布不均匀，  不利于形成稳定的平焰。

当曲率半径为 0.89 时，扩张口附近回流区先是沿扩张 口向下流动，到达扩张口与炉膛顶部的交界处，回流区逐渐 趋于平缓，旋转流股所喷出的混合气体与回流的高温烟气混 合不均匀，附壁效应减弱，纯氧平焰燃烧的火焰盘较厚，且 无法与炉膛上壁面完全贴合。

当曲率半径为 1.25 时，此时连接处壁面较为平滑，扩 张口的回流区紧贴壁面，在高温烟气在扩张口内部就与旋转 气体混合均匀，附壁效应良好，在炉膛壁面处回流区宽度均 匀，形成的纯氧平焰现象效果较好。

结语

运用流体计算软件对不同的旋流强度及扩张口的角度下 对纯氧平焰燃烧火焰生成的特性进行模拟。得到以下的结论：

(1) 旋流强度直接影响燃气与氧气的混合效果进而影 响炉膛内的温度分布，当旋流强度为 0.23 与 0.49 时高温区 域较长，温度梯度较大，无法形成平焰现象；当旋流强度为 0.84 时，高温区域主要集中在扩张口的下方，火焰紧贴炉膛 的壁面，炉膛内部温度分布均匀，平焰现象较好。

(2)扩张口的曲率半径越大，回流烟气与旋转流股的 混合越均匀，附壁效应越好，越容易形成平焰现象。但扩张 口的曲率半径不宜过大，否则会提高加工的难度，增大运行 成本。当曲率半径为 1.25 时回流烟气附壁性能较强，平焰 现象较好。

(3) 旋流器和扩张口是纯氧平焰燃烧器的关键部件，  其旋流强度与扩张口曲率半径通过对燃料与氧气的混合效 率、负压区的压力及回流烟气的负效应的影响，直接影响了 纯氧平焰燃烧火焰的生成特性。模拟表明当旋流强度为 0.84， 曲率半径为 1.25 时利于平焰的产生。