燃?xì)鈶?yīng)用第二章ppt課件

1、第二章第二章燃?xì)庀绲母驹砣細(xì)庀绲母驹淼谝还?jié)第一節(jié) 燃?xì)獾闹鹑細(xì)獾闹鹑細(xì)獾闹鹑細(xì)獾闹餻燃?xì)獾南缡且环N化學(xué)反響。在分子相互碰撞時(shí)，只需活化分子才干破壞原來(lái)分子的構(gòu)造，建立新的分子。這種超越分子平均能量可使分子活化而發(fā)生反響的能量稱為活化能。p有些化學(xué)反響的機(jī)理非常復(fù)雜，它們往往是經(jīng)過(guò)鏈反響方式來(lái)進(jìn)展的?？扇?xì)怏w的熄滅反響都是鏈反響。p在氫和氧的混合氣體中，存在一些不穩(wěn)定的分子，在碰撞過(guò)程中不斷變成化學(xué)上很活潑的質(zhì)點(diǎn)：H、O和OH基。這些自在原子和游離基稱為活化中心。p任何可燃?xì)怏w在一定條件下與氧接觸，都要發(fā)生氧化反響。假設(shè)氧化反響過(guò)程發(fā)生的熱量等于散失的熱量，或者活化中心濃度

2、添加的數(shù)量正好補(bǔ)償其銷(xiāo)毀的數(shù)量，這個(gè)氧化反響過(guò)程就會(huì)很緩慢，我們把這個(gè)過(guò)程稱為穩(wěn)定的氧化反響過(guò)程。p假設(shè)氧化反響過(guò)程生成的熱量大于散失的熱量，或者活化中心濃度添加的數(shù)量大于其銷(xiāo)毀的數(shù)量，這個(gè)過(guò)程就稱為不穩(wěn)定的氧化反響過(guò)程。p由穩(wěn)定的氧化反響轉(zhuǎn)變?yōu)椴环€(wěn)定的氧化反響而引起熄滅的一瞬間，稱為著火。一、支鏈著火一、支鏈著火p在一定條件下，由于活化中心濃度迅速添加而引起反響加速?gòu)亩狗错懹煞€(wěn)定的氧化反響轉(zhuǎn)變?yōu)椴环€(wěn)定的氧化反響的過(guò)程，稱為支鏈著火。p在鏈反響中，假設(shè)每一鏈環(huán)中有兩個(gè)或更多個(gè)活化中心可以引出新鏈環(huán)的反響，這種鏈反響稱為支鏈反響，假設(shè)每一鏈環(huán)只產(chǎn)生一個(gè)新的活化中心，那么這種鏈反響稱為直鏈反響。

3、熄滅反響都是支鏈反響。圖2-1 鏈反響圖式(a)直鏈反響；(b)支鏈反響一、支鏈著火一、支鏈著火p以氫、氧混合物的反響為例，它有兩個(gè)壓力極限下限和上限。在壓力下限以左的低壓范圍內(nèi)(AB段)反響是緩慢而穩(wěn)定的。由于壓力很低，反響物濃度很小，為數(shù)不多的活化中心很容易撞在容器壁上而銷(xiāo)毀。當(dāng)壓力較高而且超越上限(C點(diǎn))時(shí)，由于壓力高而反響物濃度增大，活化中心與其它分子碰撞而銷(xiāo)毀的時(shí)機(jī)增多，所以反響又忽然變得緩慢。在沒(méi)有到達(dá)熱力著火之前，反響速度隨壓力的添加而緩慢地添加(CD段)。p只需當(dāng)壓力處于下限和上限之間時(shí)，支鏈反響的活化中心的添加速度才會(huì)超越其銷(xiāo)毀速度，反響才會(huì)自動(dòng)加速，引起熄滅和爆炸。p氫氧混

4、合物存在一個(gè)著火半島 圖2-2 著火的壓力極限圖2-3 氫氧混合物的“著火半島對(duì)于支鏈反響，在著火前存在著一個(gè)感應(yīng)期，在此期間系統(tǒng)中的能量主要用于活化中心的積聚，反響的速度極小，甚至很難覺(jué)察出來(lái)。經(jīng)過(guò)感應(yīng)期之后，反響速度到達(dá)可測(cè)速度Wi接著反響速度就迅速添加，在瞬時(shí)到達(dá)極大值而完成反響。 二、熱力著火二、熱力著火p普通工程上遇到的著火是由于系統(tǒng)中熱量的積聚，氧化反響過(guò)程生成的熱量大于散失的熱量，使溫度急劇上升而引起的。這種著火稱為熱力著火。p分析燃?xì)馀c空氣發(fā)生化學(xué)反響時(shí)的熱平衡景象，可以了解熱力著火的條件。單位時(shí)間內(nèi)容器中由于化學(xué)反響產(chǎn)生的熱量為 EabRT10ABQWHVk eC C HV式

5、中 W化學(xué)反響速度； H燃?xì)獾臒嶂担?k0常數(shù)； V容器的體積。在著火以前，由于溫度T不高，反響速度很小，可以以為反響物濃度沒(méi)有變化。ERT1QAe二、熱力著火二、熱力著火p單位時(shí)間內(nèi)燃?xì)馀c空氣的混合物經(jīng)過(guò)容器向外散失的熱量為： 20-QF T T式中 由混合物向內(nèi)壁的散熱系數(shù)； F容器的外表積： T混合物的溫度； T0容器內(nèi)壁溫度。由于容器中溫度變化不大，可以近似地以為是常數(shù) 20QB TT圖2-4 可燃混合物的熱力著火過(guò)程圖2-5 兩種平衡形狀的分析二、熱力著火二、熱力著火p當(dāng)溫度T0較低時(shí)，散熱線M和發(fā)熱曲線L有兩個(gè)交點(diǎn)：l和2。 p首先分析交點(diǎn)2的情況。假設(shè)由于偶爾的緣由使溫度下降一些

6、，那么由化學(xué)反響發(fā)生的熱量就小于散失的熱最，溫度將不斷下降。假設(shè)溫度偶爾升高，那么發(fā)熱量大于散熱量，溫度將不斷升高?？梢?jiàn)任何溫度的微小動(dòng)搖都會(huì)使反響分開(kāi)平衡形狀，因此交點(diǎn)2實(shí)踐上是不穩(wěn)定的平衡形狀。p 交點(diǎn)1的情況那么不同。假設(shè)溫度偶爾降低，那么由化學(xué)反響發(fā)生的熱量將大于散失的熱量，溫度將上升到原處。假設(shè)溫度偶爾升高，那么散熱量將大于發(fā)熱量，使溫度又降回到原處。因此交點(diǎn)1是穩(wěn)定的平衡點(diǎn)。在該點(diǎn)混合物的溫度很低，化學(xué)反響速度也很慢，是緩慢的氧化形狀。 pi點(diǎn)是穩(wěn)定形狀的極限位置，假設(shè)容器內(nèi)壁溫度再升高，那么發(fā)熱量總是大于散熱量，化學(xué)反響就從穩(wěn)定的、緩慢的氧化反響轉(zhuǎn)變成為不穩(wěn)定、猛烈的熄滅。i點(diǎn)稱

7、為著火點(diǎn)，相應(yīng)于該點(diǎn)的溫度Ti稱為著火溫度或自燃溫度。 二、熱力著火二、熱力著火p用升高壓力的方法也能到達(dá)著火的目的。假設(shè)散熱條件不變，升高壓力將使反響物濃度添加，因此使化學(xué)反響速度加快。在圖2-6中發(fā)熱曲線L將向左上方挪動(dòng)。到L位置時(shí)，出現(xiàn)一個(gè)切點(diǎn)，就是著火點(diǎn)i。當(dāng)壓力繼續(xù)升高時(shí)，產(chǎn)熱就永遠(yuǎn)大于散熱(見(jiàn)L)。p著火點(diǎn)是一個(gè)極限形狀，超越這個(gè)形狀便有熱量積聚，使穩(wěn)定的氧化反響轉(zhuǎn)為不穩(wěn)定的氧化反響。著火點(diǎn)與系統(tǒng)所處的熱力情況有關(guān)，即使同一種燃?xì)?，著火溫度也不是一個(gè)物理常數(shù)。p當(dāng)可燃混合物的發(fā)熱曲線L不變時(shí)，假設(shè)散熱加強(qiáng)，直線M斜率將增大，著火點(diǎn)溫度將升高。 圖2-6 壓力升高時(shí)可燃混合物的熱力著

8、火過(guò)程圖2-7 著火點(diǎn)與散熱條件的關(guān)系二、熱力著火二、熱力著火p著火點(diǎn)是發(fā)熱曲線與散熱曲線的相切點(diǎn)，符合以下關(guān)系：p將發(fā)熱和散熱方程代入以上聯(lián)立方程式，合并以上兩式解二次方程就可得到相當(dāng)于切點(diǎn)i的著火溫度：p展開(kāi)成級(jí)數(shù)，將其大于二次方的各項(xiàng)略去(誤差不超越l100)可得可燃混合物著火的條件 1212ddddQQQQTT04112iRTETTRE200iRTTTE第二節(jié)第二節(jié)燃?xì)獾狞c(diǎn)火燃?xì)獾狞c(diǎn)火燃?xì)獾狞c(diǎn)火燃?xì)獾狞c(diǎn)火p當(dāng)一微小熱源放入可燃混合物中時(shí)，那么貼近熱源周?chē)囊粚踊旌衔锉谎杆偌訜幔箍扇蓟旌衔镏饾u著火熄滅。這種景象稱為強(qiáng)迫點(diǎn)火，簡(jiǎn)稱點(diǎn)火。點(diǎn)熾熱源可以是：灼熱固體顆粒、電熱線圈、電火花、小火

9、焰等。p強(qiáng)迫點(diǎn)火要求點(diǎn)火源處的火焰可以傳至整個(gè)容積，因此著火的條件不僅與點(diǎn)火源的性質(zhì)有關(guān)，而且還與火焰的傳播條件有關(guān)。p現(xiàn)從熱力角度分析部分點(diǎn)火過(guò)程。有一熱金屬顆粒放入可燃混合物中，其附近的溫度分布示于圖2-7，當(dāng)發(fā)生放熱反響時(shí)，溫度梯度較小，因此從外表傳向介質(zhì)的熱流也較小。當(dāng)顆粒溫度升高到某一臨界值Tis時(shí)，外表傳向介質(zhì)的熱流等于零。假設(shè)顆粒外表溫度稍高于Tis那么反響加快，而大部分那么流向周?chē)橘|(zhì)。溫度臨界值Tis就是強(qiáng)迫點(diǎn)火的點(diǎn)火溫度。圖2-7 灼熱顆粒附近溫度分布a在非可燃介質(zhì)中 b在可燃介質(zhì)中燃?xì)獾狞c(diǎn)火燃?xì)獾狞c(diǎn)火p點(diǎn)火勝利時(shí)，在灼熱顆粒外表構(gòu)成一火焰層，其厚度為f?？捎稍摶鹧鎸拥臒崞?/p>

10、衡求得。p火焰層單位時(shí)間內(nèi)的傳導(dǎo)熱量Q1p層內(nèi)的化學(xué)反響放熱量Q2 p按熱量平衡，Q1=Q2p式中 f火焰層厚度；p A火焰層面積；p 導(dǎo)熱系數(shù)；p Tf火焰溫度；p T0混合物起始溫度；p H混合物的熄滅熱；p W火焰層中熄滅反響速度。f01fTTQA2fQH W Af02fTTH W一、熱球或熱捧點(diǎn)火一、熱球或熱捧點(diǎn)火p將石英或鉑球投射入可燃混合物中，當(dāng)球體的溫度Tw大于臨界值Tis時(shí)，即發(fā)生點(diǎn)燃景象。在球體周?chē)穸葹榈谋又校瑴囟扔蒚w直線下降至外部氣體介質(zhì)溫度T0。假設(shè)熱量主要靠熱傳導(dǎo)散失，那么點(diǎn)燃的條件是p當(dāng)Tw=Tis時(shí)，上式為等號(hào)。此式闡明，反響層中的溫度梯度是支配點(diǎn)燃能夠性的一

11、個(gè)重要要素。 22W044rHWrTT2s024iir H WTTNu二、小火焰點(diǎn)火二、小火焰點(diǎn)火p點(diǎn)燃可燃混合物所需的能量可由點(diǎn)火火焰供應(yīng)。這時(shí)，引發(fā)點(diǎn)火的能夠性取決于以下特性參數(shù)：可燃混合物組成、點(diǎn)火火焰與混合物之間的接觸時(shí)間、火焰的尺寸和溫度，以及混合劇烈程度等。p為簡(jiǎn)化分析，設(shè)有一無(wú)限長(zhǎng)的扁平點(diǎn)火火焰，當(dāng)作一維火焰進(jìn)展分析。將扁平火焰放入無(wú)限大的充溢可燃混合物的容器中。p存在兩種情況。第一種情況是，當(dāng)扁平火焰的厚度小于某一臨界尺寸時(shí)，溫度場(chǎng)不斷衰減，最終使點(diǎn)火火焰熄滅。第二種情況是，火焰厚度大于臨界尺寸，混合物的放熱反響可以改動(dòng)溫度場(chǎng)衰減的趨向，并能使火焰?zhèn)鞑?。?shí)驗(yàn)闡明，扁平點(diǎn)火火焰的

12、臨界厚度是火焰穩(wěn)定傳播時(shí)焰面厚度的兩倍。 ff222,ccyrr12f0cTTrH W三、電火花點(diǎn)火三、電火花點(diǎn)火p把兩個(gè)電極放在可燃混合物中，通高壓電打出火花釋放出一定能量，使可燃混合物點(diǎn)著，稱為電火花點(diǎn)火。由于產(chǎn)生火花時(shí)部分的氣體分子被劇烈鼓勵(lì)，并發(fā)生離子化，所以點(diǎn)火過(guò)程的機(jī)理非常復(fù)雜。p用電火花進(jìn)展點(diǎn)火時(shí)，先是由電火花加熱可燃混合物而使之部分著火，構(gòu)成初始的火焰中心，隨后初始火焰中心向未著火的混合物傳播，使其熄滅。初始火焰中心能否構(gòu)成，將取決于電極間隙內(nèi)的混合物中燃?xì)獾臐舛?、壓力、初始溫度、流?dòng)形狀、混合物的性質(zhì)以及電火花提供的能量等。p產(chǎn)生火花的方法通常有電容放電和感應(yīng)放電兩種。電容放

13、電時(shí)，釋放能量可由下式表示 212ECU式中 C電容器的電容； U產(chǎn)生火花前施加于電容器的電壓。 三、電火花點(diǎn)火三、電火花點(diǎn)火p最小點(diǎn)火能 當(dāng)電極間隙內(nèi)的可燃混合物的濃度、溫度和壓力一定時(shí)，假設(shè)要構(gòu)成初始火焰中心。放電能量必需有一最小極值。能量低于此極值時(shí)不能構(gòu)成初始火焰中心。這個(gè)必要的最小放電能量就是最小點(diǎn)火能Emin。p熄火間隔 當(dāng)其他條件給定時(shí)，點(diǎn)燃可燃混合物所需的能量與電極間距d有關(guān)。當(dāng)d小到無(wú)論多大的火花能量都不能使可燃混合物點(diǎn)燃時(shí)，這個(gè)最小間隔就叫熄火間隔dq。 圖2-14 最小點(diǎn)火能與天然氣 及城市燃?xì)獾年P(guān)系圖2-13 點(diǎn)火能與電極間距的關(guān)系曲線(a)Emin與dq；(b)法蘭直

14、徑的影響 第三節(jié)第三節(jié)火焰?zhèn)鞑セ鹧鎮(zhèn)鞑ヒ?、層流火焰?zhèn)鞑C(jī)理一、層流火焰?zhèn)鞑C(jī)理p在工程運(yùn)用中，可燃混合物著火的方法是先引入外部熱源，使部分先行著火，然后點(diǎn)燃部分向未燃部分保送熱量及生成活性中心，使其相繼著火熄滅。p在可燃混合物中放入點(diǎn)火源點(diǎn)火時(shí)，產(chǎn)生部分熄滅反響而構(gòu)成點(diǎn)源火焰。由于反響釋放的熱量和生成的自在基等活性中心向周?chē)稚鬏敚咕o挨著的一層未燃?xì)怏w著火、熄滅，構(gòu)成一層新的火焰。反響依次往外擴(kuò)張，構(gòu)成瞬時(shí)的球形火焰面。此火焰面的挪動(dòng)速度稱為法向火焰?zhèn)鞑ニ俣萐n(或稱層流火焰?zhèn)鞑ニ俣萐l，或正?；鹧?zhèn)鞑ニ俣?，簡(jiǎn)稱火焰?zhèn)鞑ニ俣?。未燃?xì)怏w與已燃?xì)怏w之間的分界面即為火焰鋒面，或稱火焰面。圖2-

15、17 靜止均勻混合氣體中的火焰?zhèn)鞑D2-18 流管中的火焰鋒面一、層流火焰?zhèn)鞑C(jī)理一、層流火焰?zhèn)鞑C(jī)理p取一根程度管子，一端封住，另一端敞開(kāi)，管內(nèi)充溢可燃混合氣。點(diǎn)火后，火焰面以一定的速度向未燃方面挪動(dòng)，由于管壁的摩擦和向外的熱量損失、氣體的粘性、熱氣體產(chǎn)生的浮力，使其成為傾斜的彎曲焰面。p假設(shè)管子相當(dāng)長(zhǎng)，那么火焰鋒面在挪動(dòng)了大約510倍管徑的間隔之后，便明顯開(kāi)場(chǎng)加速，最后構(gòu)成速度很高的(達(dá)每秒幾千米)高速波，這就是爆振波。正常熄滅屬于穩(wěn)定態(tài)熄滅，可視為等壓過(guò)程；而爆振屬不穩(wěn)定態(tài)熄滅，是靠氣體的膨脹來(lái)部分緊縮未燃?xì)怏w而構(gòu)成的沖擊波。在民用燃具和燃?xì)夤I(yè)爐中，燃?xì)獾南缇鶎儆谡Ｏ纭 假設(shè)可

16、燃混合氣在一管內(nèi)流動(dòng)，其速度是均勻分布的，構(gòu)成一平整的火焰鋒面。如Sn=u，那么氣流速度與火焰?zhèn)鞑ニ俣认嗥胶?，火焰面便駐定不動(dòng)。這是流動(dòng)可燃混合氣穩(wěn)定熄滅的必要條件。一、層流火焰?zhèn)鞑C(jī)理一、層流火焰?zhèn)鞑C(jī)理p層流火焰?zhèn)鞑?shí)際 第一是熱實(shí)際，它以為控制火焰?zhèn)鞑サ闹饕菑姆错憛^(qū)向未燃?xì)怏w的熱傳導(dǎo)。第二是分散實(shí)際，以為來(lái)自反響區(qū)的鏈載體的逆向分散是控制層流火焰?zhèn)鞑サ闹饕?。第三是綜合實(shí)際，即以為熱傳導(dǎo)和活性中心的分散對(duì)火焰的傳播能夠同等重要。大多數(shù)火焰中，由于存在溫度梯度和濃度梯度，因此傳熱和傳質(zhì)景象交錯(cuò)地存在著，很難分清主次。下面引見(jiàn)由澤爾多維奇等人提出的熱實(shí)際。 p在火焰鋒面上取一單位微元，對(duì)

17、于一維帶化學(xué)反響的穩(wěn)定層流流動(dòng)，其根本方程為：圖2-19 火焰層構(gòu)造及溫度、濃度分布一、層流火焰?zhèn)鞑C(jī)理一、層流火焰?zhèn)鞑C(jī)理p延續(xù)方程p動(dòng)量方程 p常數(shù)p能量方程p對(duì)于絕熱條件，p 火焰的邊境條件為p p為求定Sn(u0)，提出了一種分區(qū)近似解法，把火焰分成預(yù)熱區(qū)和反響區(qū)。在預(yù)熱區(qū)中忽略化學(xué)反響的影響，在反響區(qū)中略去能量方程中溫度的一階導(dǎo)數(shù)項(xiàng)。預(yù)熱區(qū)中的能量方程為000nppuuSmu00pddddddTTu CQxxx00md,;0dd,;0;0dTxTTyyxTxTTyx 0npddddddTTS Cxxx一、層流火焰?zhèn)鞑C(jī)理一、層流火焰?zhèn)鞑C(jī)理p其邊境條件是p假定Ti是預(yù)熱區(qū)和反響區(qū)交界

18、處(溫度曲線曲率變化點(diǎn))的溫度，從T0到Ti進(jìn)展積分，下標(biāo)“I表示預(yù)熱區(qū)。p反響區(qū)的能量方程為 p其邊境條件是 0d,0dTxTTx 0np0IdTdiS CTTx 22d0dyQxm2220,;d,0ddddd2ddddixTTTxTTxTTTxxxx 一、層流火焰?zhèn)鞑C(jī)理一、層流火焰?zhèn)鞑C(jī)理p乘式 后積分p下標(biāo)“表示反響區(qū)pTi為未知，進(jìn)一步變換可得 d2dTxmd2ddiTTTQ Tx mn2220p02diTTiQ TSCTTIdTdddTxxm0TTn2220pm02dQ TSCTT22n0pm02SQCTT 表示在TmT0之間反響速率的平均值 二、紊流火焰?zhèn)鞑ザ?、紊流火焰?zhèn)鞑在紊

19、流流動(dòng)時(shí)，火焰面變得混亂和曲折，構(gòu)成火焰的紊流傳播。在研討紊流火焰?zhèn)鞑r(shí)，把焰面視為一束燃?xì)馀c已燃?xì)庵g的宏觀整體分界面，也稱為火焰鋒面。紊流火焰?zhèn)鞑ニ俣纫彩菍?duì)這個(gè)幾何面來(lái)定義的，用St表示。p在紊流火焰中有許多大小不同的微團(tuán)作不規(guī)那么運(yùn)動(dòng)。假設(shè)微團(tuán)的平均尺寸小于層流火焰鋒面的厚度，稱為小尺度紊流火焰；反之，那么稱為大尺度紊流火焰。當(dāng)微團(tuán)的脈動(dòng)速度大于層流火焰?zhèn)鞑ニ俣?uSl)時(shí)，為大尺度強(qiáng)紊動(dòng)火焰，反之為大尺度弱紊動(dòng)火焰。p關(guān)于大尺度強(qiáng)紊動(dòng)的火焰?zhèn)鞑C(jī)理，不同窗者有不同的解釋?zhuān)虼藰?gòu)成了紊流火焰的外表實(shí)際和容積實(shí)際。 二、紊流火焰?zhèn)鞑ザ⑽闪骰鹧鎮(zhèn)鞑紊流火焰的傳播速度比層流時(shí)要大得多，其理

20、由為p(1)紊流脈動(dòng)使火焰變形，從而使火焰外表積添加，但是曲面上的法向傳播速度仍堅(jiān)持為層流火焰速度。p(2)紊流脈動(dòng)添加了熱量和活性中心的傳送速度，反響速率加快，從而增大了垂直火焰外表的實(shí)踐熄滅速度。p(3)紊流脈動(dòng)加快了已燃?xì)夂臀慈細(xì)獾幕旌?，縮短混合時(shí)間，提高熄滅速度。圖2-20 紊流火焰模型(a)小尺度紊動(dòng)；(b)、(c)大尺度紊動(dòng)；(d)容積紊流熄滅 1熄滅產(chǎn)物；2新穎混氣；3部分燃盡氣體三、法向火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊臏y(cè)定三、法向火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊臏y(cè)定p法向火焰?zhèn)鞑ニ俣炔荒苡脺?zhǔn)確的實(shí)際公式來(lái)計(jì)算。通常是依托實(shí)驗(yàn)方法測(cè)得單一燃?xì)饣蚧旌先細(xì)庠谝欢l件下的Sn值，有時(shí)也可按照閱歷公式和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算混合氣的

21、火焰?zhèn)鞑ニ俣?。p尚短少完全符合Sn定義的測(cè)定方法。準(zhǔn)確丈量Sn的困難在于幾乎不能夠得到嚴(yán)厲的平面狀火焰面。p測(cè)定Sn的實(shí)驗(yàn)方法，普通可歸納為靜力法和動(dòng)力法兩類(lèi)。p一、靜力法測(cè)定Snp1、管子法p靜力法中最直觀的方法是常用的管子法，測(cè)定時(shí)，用電影攝影機(jī)攝下火焰面挪動(dòng)的照片，知膠片走動(dòng)的速度和影與實(shí)物的轉(zhuǎn)換的比例，就可算出可見(jiàn)火焰?zhèn)鞑ニ俣萐v。在這種情況下，底片上留下的是傾斜的跡印，根據(jù)傾斜角可以確定任何瞬間的火焰?zhèn)鞑ニ俣取D2-21 用靜力法(管子法)測(cè)定Sn的儀器 1玻璃管；2閥門(mén)；3火花點(diǎn)火器；4裝有惰性氣體的容器三、法向火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊臏y(cè)定三、法向火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊臏y(cè)定p由于熄滅時(shí)氣流的紊動(dòng)，焰

22、面通常不是一個(gè)垂直于管子軸線的平面，而是一個(gè)曲面。設(shè)F為火焰外表積，f為管子截面積，可得 Svf=SnFpSvSn。管徑越大，紊動(dòng)越劇烈，焰面彎曲度越大，Sv與Sn的差值也越大。三、法向火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊臏y(cè)定三、法向火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊臏y(cè)定p管徑越大，管壁散熱對(duì)火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊懺叫?，如焰面不發(fā)生皺曲，那么隨著管徑的增大火焰?zhèn)鞑ニ俣壬仙?，并趨向于極限值Sn。但實(shí)踐上管徑增大時(shí)焰面要發(fā)生皺曲。管徑越大，焰面皺曲越烈，因此Sv值隨管徑的添加而不斷上升。p當(dāng)管徑小到某一極限值時(shí)，向管壁的散熱大到火焰無(wú)法傳播的程度，這時(shí)的管徑稱為臨界直徑dc。臨界直徑在工程上是有意義的，可利用孔徑小于臨界直徑值的金屬網(wǎng)制止火焰

23、經(jīng)過(guò)。圖2-22 火焰?zhèn)鞑ニ俣扰c管徑的關(guān)系圖2-23 管子法測(cè)得的可見(jiàn)火焰?zhèn)鞑ニ俣扰c燃?xì)饪諝饣旌衔锍煞值年P(guān)系(d=25.4mm)l氫；2水煤氣；3一氧化碳；4乙烯；5煉焦煤氣；6乙烷；7甲烷；8高壓富氧化煤氣三、法向火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊臏y(cè)定三、法向火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊臏y(cè)定2、皂泡法將知成分的可燃均勻混合氣注入皂泡中，再在中心用電點(diǎn)火化點(diǎn)燃中心部分的混合氣，構(gòu)成的火焰面能自在傳播(氣體可自在膨脹)，在不同時(shí)間間隔出現(xiàn)半徑不同的球狀焰面。用光學(xué)方法丈量皂泡起始半徑和膨脹后的半徑，以及相應(yīng)焰面之間的時(shí)間間隔。即可計(jì)算得火焰?zhèn)鞑ニ俣取＿@種方法的主要缺陷是肥皂液蒸發(fā)對(duì)混合氣濕度的影響。某些碳?xì)淙剂蠈?duì)皂泡膜的浸透性、

24、皂泡球狀焰面的曲率變化以及紊流脈動(dòng)等要素，都會(huì)給測(cè)定結(jié)果帶來(lái)誤差。另一種類(lèi)似的方法是球形炸彈法。球彈中可燃混合氣點(diǎn)燃后火焰分散時(shí)其內(nèi)部壓力逐漸升高。根據(jù)記錄的壓力變化和球狀焰面的尺寸，可算得火焰?zhèn)鞑ニ俣取?三、法向火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊臏y(cè)定三、法向火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊臏y(cè)定二、動(dòng)力法測(cè)定Sn1、本生火焰法圖本生火焰由內(nèi)錐和外錐兩層焰面組成，內(nèi)錐面由燃?xì)馀c預(yù)先混合的空氣進(jìn)展熄滅反響而構(gòu)成的，靜止的內(nèi)錐焰面闡明了內(nèi)錐外表上各點(diǎn)的Sn(指向錐體內(nèi)部)與該點(diǎn)氣流的法向分速度n是平衡的。內(nèi)錐面上每一點(diǎn)的速度存在以下關(guān)系。nncosS圖2-24 本生火焰表示圖1內(nèi)錐面；2外錐面三、法向火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊臏y(cè)定三、法向火焰?zhèn)鞑ニ?/p>

25、度的測(cè)定p如氣體出口速度分布均勻，那么可假定內(nèi)錐為一幾何正錐體，并以為內(nèi)錐焰面上各點(diǎn)的Sn均相等。這樣，便可測(cè)得法向火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊钠骄?，且具有足夠的?zhǔn)確性。 p當(dāng)混合氣出流穩(wěn)定時(shí)，按延續(xù)方程有p p式中 F0熄滅器出口截面積；p m燃?xì)?空氣混合物在熄滅器出口處的平均流速；p Sn平均法向火焰?zhèn)鞑ニ俣?；p Ff火焰的內(nèi)錐外表積。p再設(shè)內(nèi)錐為一底半徑是r高度為h的正錐體，只需準(zhǔn)確測(cè)得氣體流量和火焰內(nèi)錐高度，便可按下式求得法向火焰?zhèn)鞑ニ俣?0m0nf0nfFFS F n22gaLLSr rh三、法向火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊臏y(cè)定三、法向火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊臏y(cè)定p有關(guān)火焰中氣流速度比較準(zhǔn)確的丈量方法簡(jiǎn)要引見(jiàn)如下。p

26、(1)顆粒示蹤法 它是在可燃混合氣中摻入一種既能閃光、又不會(huì)引起化學(xué)反響的細(xì)小物質(zhì)顆粒，并延續(xù)加以頻閃照射。對(duì)頻閃照射的粒子進(jìn)展拍攝，可據(jù)此確定氣流的流線譜。根據(jù)示蹤間歇的間隔和頻閃速度，可以計(jì)算得顆粒在氣流中的運(yùn)動(dòng)速度。示蹤顆粒運(yùn)動(dòng)是與氣體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)同步的，顆粒速度即代表該處氣流速度。p(2)激光測(cè)速法 激光測(cè)速的根本原理是利用光學(xué)多普勒效應(yīng)。當(dāng)一束激光照射到流體中跟隨一同運(yùn)動(dòng)的微粒上時(shí)，激光被運(yùn)動(dòng)著的微粒所散射，散射光的頻率和入射光的頻率相比較，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與微粒運(yùn)動(dòng)速度成正比的頻率偏移。圖2-25 經(jīng)過(guò)火焰內(nèi)錐的流線分布情況圖2-26 法向火焰?zhèn)鞑ニ俣妊叵缙鹘孛娴姆植既?、法向火焰?zhèn)鞑ニ俣?/p>

27、的測(cè)定三、法向火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊臏y(cè)定2、平面火焰法Powling熄滅器和Mache-Hebra噴嘴可提供平面和盤(pán)狀火焰，此類(lèi)火焰的面積比較容易準(zhǔn)確丈量。可燃均勻混合氣進(jìn)入直徑較大的圓管，經(jīng)過(guò)裝在管口的多孔板或蜂窩格及整流網(wǎng)等，構(gòu)成出口平面處速度的均勻分布。點(diǎn)燃混合氣，即可在管口下游一定位置構(gòu)成一平面火焰。管口周?chē)枚栊詺怏w將火焰包圍，用以限定火焰面的大小。只需準(zhǔn)確測(cè)得火焰平面的面積和混合氣流量，即可求得層流火焰?zhèn)鞑ニ俣?Sn=LmixFf)。此法的優(yōu)點(diǎn)是火焰的發(fā)光區(qū)、濃度梯度最大處等都重疊在同一平面上，因此用不同方法丈量結(jié)果是一致的。氣流速度(即火焰?zhèn)鞑ニ俣?也可用顆粒跟蹤方法或激光測(cè)速法測(cè)定。圖

28、2-20 Powling熄滅器圖2-21 不同方法Sn測(cè)定值的比較l錐形火焰；2平面火焰；3Powling火焰四、影響火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊囊厮摹⒂绊懟鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣鹊囊豴經(jīng)過(guò)分析火焰?zhèn)鞑ニ俣裙?，可以定性地了解到可燃混合氣的初溫、壓力、燃?xì)鉂舛燃盁嶂档任锢砘瘜W(xué)參數(shù)對(duì)火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊?p1. 混合氣比例的影響p燃?xì)?空氣混合物中，火焰?zhèn)鞑ニ俣扰c混合物內(nèi)的燃?xì)夂恐苯佑嘘P(guān)。燃?xì)夂涂諝獾幕旌媳壤兓瘯r(shí)，Sn 也隨之變化。由圖2-22可見(jiàn)，一切單一燃?xì)饣蚧旌先細(xì)獾腟n值隨混合物中燃?xì)夂孔兓那€均呈倒U形，中間最大，兩側(cè)變小直至最小值，接近于最小值的含量即為混合物著火濃度的上限和下限。當(dāng)混合物中的燃?xì)夂?/p>

29、量低于下限或高于上限時(shí)，由于反響釋放熱量缺乏而使火焰?zhèn)鞑ネｎD。p實(shí)驗(yàn)觀測(cè)闡明，以空氣作為氧化劑時(shí)，最大值Sn是在燃?xì)夂柯愿哂诨瘜W(xué)計(jì)量比時(shí)出現(xiàn)的。其緣由是當(dāng)混合物中燃?xì)夂柯愿邥r(shí)，火焰中H、OH等自在基的濃度較大，鏈反響的斷鏈率較小所致。對(duì)于大多數(shù)火焰，當(dāng)混合比接近于化學(xué)計(jì)量比時(shí)，火焰熄滅速度最大，普通以為火焰溫度到達(dá)最高時(shí)，其傳播速度也最大。 圖2-22 燃?xì)?空氣混合物的Sn與燃?xì)夂康年P(guān)系1H2 2CO dC2H4 4C3H6 5CH4 6C2H67C3H8 8C4H10 9煉焦煤氣 10發(fā)生爐煤氣2. 燃?xì)庑再|(zhì)的影響火焰?zhèn)鞑ニ俣仁紫扰c燃?xì)獾奈镄杂嘘P(guān)。從傳熱角度分析，氣體導(dǎo)熱系數(shù)越大，熱

30、量傳送越快，越有利于熄滅反響，那么Sn也越大。 (參見(jiàn)圖2-21所示曲線)。碳?xì)淙剂系臉?gòu)造對(duì)火焰?zhèn)鞑ニ俣纫灿胁煌挠绊?。由圖2-23曲線可見(jiàn)，對(duì)于飽和烴類(lèi)(CH4除外)，如C2H6、C3H8等，火焰?zhèn)鞑ニ俣葞缀跖c分子中的nc無(wú)關(guān)，約為70cm/s左右。但對(duì)不飽和烴燃料，那么火焰速度隨nc的增多而減小，并且在nc4時(shí)，那么Sn又下降緩慢，并逐漸趨向于一極限值。這些結(jié)果，可用反響活化能不同(含碳多者活化能大)或者反響中離子(如H、O、OH等)的分散速度不同來(lái)解釋。實(shí)驗(yàn)結(jié)果還闡明，隨著燃料分子量的增大，火焰?zhèn)鞑シ秶苍絹?lái)越小。由于燃料分子量增大，混合氣總分子量也變大，使得混合氣密度增大，由原理上分析

31、得出的火焰?zhèn)鞑O限值減小(參見(jiàn)圖2-22)。圖2-23 maxnS與燃料分子中碳原子數(shù)nc的關(guān)系3. 溫度的影響(1) 混合物初始溫度的影響 由熄滅熱平衡條件可知，混合物起始溫度的提高，將導(dǎo)致反響溫度的上升，熄滅反響速率加快，從而使火焰?zhèn)鞑ニ俣仍龃蟆w納實(shí)驗(yàn)結(jié)果闡明，火焰?zhèn)鞑ニ俣萐n隨初始溫度T0的變化規(guī)律大致為 (2) 火焰溫度的影響 火焰溫度對(duì)Sn的影響較為復(fù)雜。溫度不太高時(shí)，Sn隨火焰溫度的添加主要表現(xiàn)為指數(shù)關(guān)系，因此影響很大。可以以為，對(duì)Sn起決議作用的是火焰溫度。當(dāng)超越2500時(shí)，火焰溫度的影響已不符合熱力實(shí)際了。由于在高溫下離解反響易于進(jìn)展，從而使自在基濃度大大添加。作為鏈載體的自

32、在基(活性中心)的分散，既促進(jìn)了反響，又加強(qiáng)了火焰?zhèn)鞑ァ0nTS圖2-24火焰?zhèn)鞑ニ俣扰c混合物初溫的關(guān)系1一水煤氣 2一煉焦煤氣 3一汽油增熱煤氣4一天然氣 5一發(fā)生爐煤氣 圖2-25 火焰溫度對(duì)火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊?4 . 壓力的影響長(zhǎng)期以來(lái)，許多實(shí)驗(yàn)闡明，隨著熄滅時(shí)壓力的升高而其他參數(shù)不變時(shí)，火焰?zhèn)鞑ニ俣葘⒁獪p小。由熱實(shí)際分析知 。 對(duì)大多數(shù)碳?xì)淙剂系南绶错憗?lái)說(shuō)，其反響總級(jí)數(shù)均小于2。據(jù)上述比例關(guān)系式，只需n2時(shí)，Sn才有能夠隨壓力的提高而增大，否那么Sn將隨壓力的上升而變小。但壓力添加時(shí)，熄滅強(qiáng)度明顯增大，即火焰質(zhì)量傳播速度增大。5 . 濕度和惰性氣體的影響在單一燃?xì)饣蚩扇蓟旌蠚庵袇⑴c

33、添加氣時(shí)可以增大或減小火焰?zhèn)鞑ニ俣?。大多?shù)添加氣或是改動(dòng)混合氣的物理性質(zhì)(如導(dǎo)熱系數(shù))，或是起催化作用。例如，CO熄滅時(shí)參與很少量添加氣，由于反響加快而使火焰?zhèn)鞑ニ俣蕊@著增大。圖2-26可以看出，當(dāng)混合氣中水蒸氣含量為2 .3%時(shí)，最高Sn可達(dá)52cm/s，比干氣熄滅時(shí)高出一倍多。在混合氣中以惰性氣體N2、Cl氯、He氦和CO2等替代O2，從而改動(dòng)氧化劑中O2的濃度，視其含量不同對(duì)火焰?zhèn)鞑ニ俣扔胁煌挠绊憽Ｆ胀▉?lái)說(shuō)，參與惰性氣體(或降低O2的濃度)，將使熄滅溫度大大下降，從而降低了火焰?zhèn)鞑ニ俣取５遣煌栊詺怏w的影響能夠是相互矛盾的。圖2-27所示為N2含量不同時(shí)CH4- O2混合氣的火焰?zhèn)鞑ニ俣茸兓囊幌盗星€。12n0nPS圖2-26 C0-空氣混合氣火焰?zhèn)鞑ニ俣扰c參與水蒸氣量的關(guān)系圖2-27 N2含量對(duì)火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊?(預(yù)混氣：CH4+O2)1一1 .5%N2+98.5% O2； 2一20% N2+80% O2 ；3一40% N2