當(dāng)燃氣射流以層流狀態(tài)向上噴入靜止空氣中時，氣流混合過程如圖3—3—3。射流混合以分子擴散的方式進行。在內(nèi)外邊界線之間的層流混合邊界層內(nèi)，燃氣分子從內(nèi)邊界向外邊界擴散，而空氣分子則從外邊界線向內(nèi)擴散。因此射流的外邊界(1面)以外，是純空氣。射流內(nèi)邊界(5面)以內(nèi)為純?nèi)細?。穩(wěn)定狀態(tài)下，在由射流極點0引出的每一條射線上，燃氣的濃度都是從5面往外逐漸降低的。因此，在每條射線上都可劃分出燃氣的5個濃度段，即：C_g=100％；100％～化學(xué)計量濃度；化學(xué)計量濃度；化學(xué)計量濃度～0％；C_g=0。
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圖3-3-3 層流射流混合過程

　　也就是說，在穩(wěn)定的燃氣層流自由射流中，由于分子擴散，會形成性質(zhì)彼此不同的幾個區(qū)域：
　　A——射流核心區(qū)；
　　B——比化學(xué)計量濃度更濃的燃氣／空氣混合區(qū)；
　　C——化學(xué)計量濃度區(qū)；
　　D——濃度低于化學(xué)計量的燃氣／空氣混合區(qū)；
　　E——燃氣濃度等于0的區(qū)域。
　　點火以后，在射流中化學(xué)當(dāng)量濃度區(qū)就會形成一層流擴散火焰。顯然，這時火焰長度主要取決于與燃氣的1昆合過程有關(guān)的各因素，主要是擴散混合的條件和燃氣的體積流量等。

　　二、紊流自由射流

　　在工業(yè)燃燒器中，燃氣流量較大，噴嘴孔徑及噴出速度都較大，在噴嘴出口處即形成紊流自由射流。
　　射流自噴嘴出口以后，在紊流擴散過程中，內(nèi)部有許多分子微團的脈動，引起射流與周圍介質(zhì)之間的質(zhì)量和動量交換，使周圍介質(zhì)被卷吸。這樣射流質(zhì)量不斷增加，流場的寬度亦不斷擴展，而射流斷面上速度則不斷減小并逐漸均勻，同時在流寬度上形成各種不同濃度的混合物，如圖3—3—4所示。
　　由于紊流擴散與分子擴散之間的相似性，所以紊流自由射流和層流自由射流的流場結(jié)構(gòu)圖形也十分相似，主要區(qū)別僅在于起始段內(nèi)紊流自由射流截面速度較大，速度分布更趨均勻。
　　在層流自由射流和紊流自由射流中，由于氣體分子或分子微團與周圍介質(zhì)間的自由碰撞，造成射流本身的動量損失，但同時也使周圍介質(zhì)獲得動量而發(fā)生運動。因此，沿射流軸線方向，整個射流的動量和壓力保持不變。這是自由射流的主要特點。
　　在紊流射流邊界層內(nèi)，可燃混合物在不同位置處的組成比例顯然是不同的。與層流擴散火焰類似，它在著火時，也是在紊流擴散混合區(qū)濃度處于化學(xué)當(dāng)量比的表面上形成火焰焰面。也就是說，紊流射流中燃燒區(qū)的位置也是完全由紊流擴散的條件來決定的，燃燒速度則由其擴散混合速度來確定。
　　研究表明，紊流自由射流的起始段長度s₀和極點深度h₀都與噴嘴出口半徑有關(guān)：
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　　式中 a——紊流結(jié)構(gòu)系數(shù)，它表示氣流紊動和出口速度場的不均勻程度。
　　在Re=20×10³～4×10⁶的范圍內(nèi)，系數(shù)a并不隨Re變化，僅隨原始速度不均勻程度的加劇而增大。對完全均勻的速度場(???

v_O——射流出口軸心速度；???

射流出口截面平均速度)，a=0．066；對自然紊動射流???

，a=0.08
　　射流軸心速度v_m的變化取決于噴嘴尺寸和射流出口速度。在起始段，軸心速度等于射流出口速度；其后，軸心速度沿程衰減，如圖3—3—4。
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圖3-3-4 紊流自由射流

　　根據(jù)試驗，圓形射流軸心速度的衰減規(guī)律如下：
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　　式中 s——計算截面離噴嘴的距離。
　　圓形射流任一截面上無因次流量(q_v表體積流量)與距離的關(guān)系為：
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　　自由射流中，各截面上的一切特性參數(shù)均為該截面上軸心速度的函數(shù)，而軸心速度則取決于噴嘴出口截面至該橫截面的距離s，因此已知s和v₀、r、a即可直接算出各截面上所有的運動參數(shù)。