回火时的周边速度梯度可由下式确定：
 

　　式中 r——某点离管中心的距离；
　　　　R——管子半径。
　　在层流情况下，管道中的速度场呈抛物线形，并可用下式表达：
 

　　而v_max=2 

  (此处   为平均气流速度)。
　　若将气体流量q_v引入，则它与速度之间存在以下关系：
 

　　当燃气组成一定时，  

 为一定值，故  

也可确定。从式(5—9)可知回火极限流量与R3成正比，当燃烧器口径放大时，回火极限流量也增加。式(5—9)还可写成
 

 

 

　　表明，一定组成的燃气，其回火极限速度与燃烧器出口直径成正比，口径越大，回火极限速度越高。
　　周边速度梯度理论虽然针对层流状态导出，但在某些亲流状态下也能适用。

　　三、部分预混紊流火焰

　　在工业窑炉中，往往需要很大的燃烧热强度，这只有采用紊流燃烧才能达到。
　　从直观来看，紊流预混火焰较层流预混火焰有明显不同，诸如：焰面由光滑变为皱曲，轮廓模糊，可见厚度增加。事实卜紊流火焰厚度远较层流为大，往往可达数毫米，火焰长度明显地缩短，而且顶部变圆，火焰亮度十分高，以致燃烧速度明显地提高，可达到层流预混火焰的数倍至数十倍。
　　当紊动加强时，焰面将强烈扰动，气体质点离开焰面分散成许多燃烧的气体微团，它们随着可燃混合物和燃烧产物的流动而不断飞散，最后完全燃尽。这时，焰面变为由许多燃烧中心所组成的燃烧层，燃烧表面积大大增加，燃烧过程大为强化。
　　对自由空间预混式紊流火焰进行研究以后，可以把紊流火焰分为三个区。如图3—5—11它们是：
 

 

图3-5-11 紊流火焰的结构

　　焰核区1——燃气空气混合物尚未点着的冷区；
　　焰面区2——着火与燃烧区，大约90％的燃气在这里燃烧；
　　燃尽区3——在这里完成全部燃烧过程，这个区的边界是看不见的，要根据气体分析来确定。
　　根据以上火焰结构，紊流火焰的长度可由下式表示：
 

　　式中L_f——火焰的总长度；
　　L₂——沿气流轴线方向紊流火焰的厚度；
　　L₃——沿气流轴线方向燃尽区的厚度；
　　L₁——火焰冷核的长度。
　　火焰冷核的长度L1取决于在一定气体动力特性的气流中火焰的传播过程，近似地可写成：
 

 

 

　　式中 v——混合物的流动速度；
　　　　r——除去边界层的出流半径；
　　　　s_t——紊流火焰传播速度。
　　L₂取决于火焰的紊流特性和燃气/空气混合物的性质。对一定的可燃气体混合物用强化燃烧的办法来缩小火焰厚度L2是十分困难的。
　　燃尽区的厚度L3主要取决于混合物的动力特性及气流速度(停留时间)。对一定组分的混合物可写成：
 

　　式中K——常数。
　　从火焰总长度的组成可知，要缩小火焰尺寸，主要方法是减小L₁。具体来说，可以减小燃烧器的出口直径和点火周边的长度。

　　四、部分预混紊流火焰的稳定

　　在紊流条件下，可燃预混气体的流速较大增加，通常都是超过最大极限速度的，所以对于紊流预混火焰而盲，火焰稳定性的主要矛盾在于防止脱火。
　　通常，为了使火焰稳定，应当在局部地区保持气流速度和火焰传播速度之间的平衡。如果从改变气流速度着手，可用流体动力学方法进行稳焰；如果从改变火焰传播速度着手，可用热力学和化学方法进行稳焰。
　　为了防止脱火，最常用的方法是在燃烧器出口处设置一个点火源。点火源可以是连续作用的人工点火装置，如炽热物体或一个稳定的辅助点火火焰。另外，也可以在燃气／空气混合物的气流中设置火焰稳定器来使炽热的燃烧产物回流火焰根部而形成点火源。