若假设L₁和L₂为火焰长度，该处的燃烧必在射流轴线上进行，燃气与空气的混合比符合化学当量比。
　　燃气和空气之间的扩散率，即单位时间从空气中扩散到燃气中去的氧量，应与浓度梯度成正比；

 

 
　　式中 D——层流分子扩散系数；
　　　　F——垂直于扩散方向的两股气流的接触面积，它正比于Ld；
　　　　dC／dr——径向浓度梯度，正比于1／d，即在给定的燃气和空气的初始浓度下，直径越小，浓度变化越剧烈。
　　这样，对于上述两种相似情况，扩散率之比

 

 
　　此外，扩散到可燃气中的氧使燃气燃烧，若在L₁，L₂距离内正好燃烧完毕，则在这段距离内的扩散率应当和燃气的流量相适应，即两者应成正比，即

 

　　由此可见，层流扩散火焰的长度与燃气喷嘴直径平方和燃气的流速成正比，与燃气的分子扩散系数成反比。对同一种燃气和同一燃气喷嘴而言，燃气速度越大，火焰就越长。由于vd²反映了燃气的体积流量，故当燃气流量不变时，火焰长度与燃气流速和喷嘴口径无关，而与燃气的分子扩散系数成反比，扩散系数越小，分子扩散越缓慢，则火焰越长。
　　炼焦炉立火道内加热煤气的燃烧，属于强制条件下的同轴流层流扩散燃烧，其火焰高度也符合式(5—1)，从燃烧方法出发，改善焦饼高向加热均匀性的主要措施为：废气循环、焦炉煤气贫化、改变煤气和空气出口的中心距以及气流夹角、选取恰当的空气过剩系数等。

　　二、紊流扩散火焰

　　在工业上，广泛采用的扩散燃烧是紊流扩散燃烧。
　　图3—5—4表示出扩散火焰由层流转变为紊流的发展过程。如图，层流扩散火焰的焰面边缘光滑、轮廓清晰、形状稳定，随着燃气流速的增加，火焰高度几乎呈线性增高，一直达到最大值。此后，流速增加使火焰顶端开始变得不稳定，并开始颤动。随着流速进一步提高，这种不稳定现象将逐步发展为带有噪音的紊流刷状火焰，它从火焰顶端的某一确定点开始发生层流破裂，并转变为紊流射流。
　　由于紊流扩散，燃烧加快，迅速地使火焰的高度缩短，同时使由层流火焰破裂转为紊流刷焰的那个破裂点向喷燃器方向移动。当射流速度达到使破裂点十分靠近喷口，即达到充分发展的紊流火焰条件后，速度若进一步提高，火焰的高度以及破裂点高度都不再改变而保持一个定值，但火焰的噪音却会继续增大，火焰的亮度也会继续减弱。最后在某一速度下(该速度取决于可燃气的种类和喷燃器尺寸)，火焰会吹离喷管。扩散火焰由层流状态过渡为紊流状态，一般发生在Re数为2000～10000的临界值范围内。

 

图3-5-4 火焰的形状及高度随射流速度增加的连续变化
　　在紊流扩散火焰中，无法区分焰面和其它部分，在整个火焰内都进行着燃气和空气的混合、预热和化学反应。这种火焰的形状和长度完全取决于燃气与空气流向的交角和流动特性。例如，空气沿轴向进入炉膛时，形成一股瘦长的圆锥形火炬；当空气流强烈旋转时，混合加强，形成一股短而宽的火矩。在工程上可以采用各种方法来调节和强化紊流扩散燃烧过程。如前所述，紊流扩散火焰的长度较层流扩散火焰为短，其长度L亦可按式(3—5—1)确定，不过此时扩散系数D要采用紊流扩散系数D_t。
　　因为D_t∝ε×L′其中，紊流强度ε∝平均流速v，紊流尺度L′∝管子直径d，所以有L′∝d，就是说，紊流火焰长度i与喷燃器的直径d成正比，而与流速无关。这一结论已为实验所证实。
　　按气流混合规律，在燃气紊流自由射流中，轴线上的燃气浓度C_g与射流出口处的原始浓度C₁之比为

 

 
　　式中 s——距出口的轴向距离；
　　　　a——紊流结构系数，可取0．07-0．08；
　　　　r——射流喷口半径。
　　射流中各点的燃气浓度与空气浓度之和各处应是一样的，它等于出口处的浓度和C₁+O=C₁。
　　因此，燃气浓度和空气浓度之比为　　　

。在火焰锋面上，这个浓度比应近似地等于化学计量浓度比1：n，故：

 

　　三、扩散火焰的稳定

　　使燃气着火并使其在气流中进行传播，固然是研究燃烧过程的一个很重要的课题，但是如何使火焰在气流中维持稳定的传播，对燃烧过程的研究尤为重要。这不仅具有理论意义，而且还具有实际意义。设想一个燃烧装置，燃气着火以后，不具有稳定的燃烧过程，燃烧火焰时续、时熄，显然这种燃烧装置是没有任何实用价值的。
　　所谓火焰的稳定性，就是指在规定的燃烧条件下，火焰这个高温混合物区域能保持一定的位置和体积，既不回火，也不脱火，能够稳定燃烧的一种性能。导致回火或脱火的根本原因，是火焰传播速度与可燃混合气流喷出速度之间的平衡遭到破坏，如第四章第一节所讨论。
　　对于扩散火焰，燃气和空气是分别送入燃烧室的，不会出现回火，但燃气或空气的喷出速度过大或喷口直径过小，都可能产生脱火或熄灭。为了提高火焰的稳定性，电必须有稳定火焰的措施，尤其在提高扩散火焰燃烧强度的同时，更应注意保证火焰的稳定。
　　射流扩散火焰的稳焰措施，可以有以下几种方法：
　　(1)使射流界面上的燃烧速度与气流速度和平衡；
　　(2)利用喷燃气的喷口边缘后面所形成的气流环流区和回流区；
　　(3)利用气流的旋转所产生的环流与回流区；
　　(4)依靠射流出口处的短圆管与射流之间形成的环流等。